Технологии
Ветер, ветер, ты могуч…

Ветроэнергетика развивается стремительно. И хотя в последнее время поговаривают о замедлении роста отрасли, динамика все равно исчисляется двузначной цифрой, а в ближайшие годы ветряки опередят по установленной мощности АЭС. Ветроэнергетика в ряде стран уже вполне конкурентоспособна с другими видами генерации, но, как и любая другая относительно молодая технология, развивается не без проблем.

ГЛЯДЯ НА ГЛОБУС

Мировое энергетическое агентство в октябре повысило прогнозы по развитию ветроэнергетики. Теперь МЭА ожидает, что ветротурбины в 2050 году будут вырабатывать 18 % всего электричества на планете вместо 12 %, заложенных в прежний прогноз, и 3 % по итогам 2012 года. В основе такого оптимистичного взгляда последние усовершенствования технологий ветроэнергетики, а также перемены в мировом энергетическом контексте. Турбины становятся выше, мощнее и легче, а мачты и лопасти растут в размерах даже быстрее, чем мощности, что позволяет турбинам ловить даже слабый ветер и производить энергию более стабильно. Это дает возможность устанавливать ветряки даже не в самых ветреных местах на склонах гор или морских побережьях, а также интегрировать их в энергосистемы, несмотря на непостоянство выработки. Но уже сегодня этот энергоисточник является неотъемлемой частью планов по развитию и совершенствованию энергетики правительств ста стран мира.

Страны-лидеры по суммарной установленной мощности ВЭС.Уже много лет в мировой ветроэнергетике лидируют пять крупных ветроэнергетических рынков: Китай, США, Германия, Испания и Индия. В 2012 году суммарная мощность ветроэнергетики этих стран составила 207 ГВт, или 73 % от мировых мощностей на ветре.

 

 

 

2012 – ГОД РОСТА, ГОД ПЕРЕМЕН

Совсем недавно установленная мощность мировой ветроэнергетики удваивалась каждые три года, но сегодня эксперты все чаще говорят о замедлении темпов роста отрасли, которые в 2012 году составили «всего» 18,7 % вместо прежних 25 – 30 % в год. Причин тому несколько, и главная – снижение потребления электроэнергии в промышленно развитых странах, где и идет основное развитие отрасли. Причина падения спроса на энергоресурсы в спаде производства и его переноса в Азию и Африку. Другая причина – политическая неопределенность на основных энергетических рынках, которая стала главным барьером для распространения ветроэнергетических технологий.

Но рынок ветроэнергетики по-прежнему остается динамичным. Европа с США сделали в 2012 году исключительный рывок. Азия возглавляет глобальный рынок даже при том, что Китай слегка замедлил темпы, чтобы «перевести дыхание», – там идет консолидация и рационализация отрасли, – а Индия допустила промахи в энергополитике.

Азия непрерывно увеличивает свою долю в мировой ветроэнергетической индустрии и уже сейчас находится в непосредственной близости к Европе, достигнув 35 %. Суммарная установленная ветроэнергетическая мощность Азиатского континента составляет почти 100 ГВт.

Китай – величайший в мире производитель энергии ветра. Двенадцатым пятилетним планом (2011 – 2015 годы) ветроэнергетика определена как ключевой компонент экономического роста страны. Планируется, что к 2030 году доля возобновляемых и чистых источников в Поднебесной достигнет 20 %, а к 2050 году альтернативная энергетика удовлетворит 43 % потребности страны. В 2012 году в стране имелось 75,3 ГВт установленных ветрогенераторных мощностей, сгенерировавших в год более 115 млрд кВт . ч энергии. Это больше, чем суммарная номинальная мощность всех китайских АЭС. В настоящее время к сети подсоединено лишь 82 % ветропарка страны, но эта цифра будет расти. В 2015 году планируется подключить к сетям еще 100 ГВ ветромощностей, которые будут давать ежегодно не менее 190 млрд кВт . ч энергии. Более того: с точки зрения защиты окружающей среды в Китае именно энергию ветра называют в числе ключевых компонентов роста экономики страны.

Чтобы обрисовать масштаб китайской ветроэнергетической отрасли, стоит упомянуть крупнейший из шести реализуемых в КНР мегапроектов ВЭС – строящийся в западной провинции Ганьсу ветропарк, суммарную мощность которого к 2020 году планируется довести до 2 ГВт. Затраты на строительство составят около $ 17,5 млрд (120 млрд юаней).

Китайские компании производят в основном турбины мощностью 1,5 – 3 МВт. Лидеры отрасли – компании Goldwind, Dongfang Electric и Sinovel, которые вошли в число крупнейших мировых производителей ветротурбин. Отрасль развивается в этой стране так динамично, что финансовый кризис 2008 года ее не затронул. Из-за жесткой конкуренции, выраженной в давлении на цены, китайские компании начали агрессивно расширять экспорт своей продукции. Это уже сказывается на ситуации множества рынков по всему миру.

Индийский рынок ветроэнергетики сделал в 2012 году сильный рывок, доведя число установленных мощностей до 18,3 ГВт. ВЭС сосредоточены в штатах Тамил Наду (более 7 ГВт), Махараштра, Гуджарат (более 3 ГВт) и Карнатака (более 2 ГВт). В основном это небольшие ветропарки (до 50 МВт), а в крупнейшем – Ванкусаваде в штате Махараштра – установлены ветротурбины суммарной мощностью 259 МВт. Тем не менее, аналитики оценивают перспективы индийского рынка с известной осторожностью, указывая на политическую неопределенность и кризис неплатежей за электроэнергию, которые подрывают доверие инвесторов. Крупнейший производитель оборудования для ВЭС – компания Suzlon / Repower, которой принадлежит 6,6 % мирового рынка.

Япония (общая установленная мощность 2,6 ГВт) – третий по размеру ветроэнергетический рынок континента. Ожидалось, что после катастрофы на АЭС «Фукусима» и последовавшего общего кризиса атомной энергетики страны ветроэнергетика получит толчок к развитию. Но этого не произошло. Причин тому много, но главные заключаются в энергетических тарифах и в длительной процедуре получения разрешений.

Европа – неоспоримый лидер в освоении энергетических ресурсов ветра. На европейские страны приходится 38 % мировой ветроэнергетической мощности, то есть 107 ГВт. Однако из-за скромных темпов роста последних лет континенту грозит утрата доминирующего положения. Но пока Старый Свет сохраняет лидирующие позиции в мире, а с добавлением в 2012 году 12,7 ГВт новых мощностей европейский рынок установил новый рекорд. Ветроэнергетические станции работают уже в 34 странах этой части света, а ветряки стали такой же привычной частью ландшафта, какой в прошлом были ветряные мельницы. Также Европа продолжает возглавлять рынок морской ветроэнергетики: на побережье континента в 2012 году установлено 1,2 ГВт, что составляет более 90 % от установленных за год во всем мире морских турбин общей мощностью 1,3 ГВт.

Сегодняшние европейские лидеры отрасли – Дания, Германия и Испания – стали развивать ветроэнергетику добровольно, еще до вступления в силу соответствующего законодательства ЕС, что дает им определенную фору в мировой гонке. Лидирует Германия, имеющая на конец 2012 года 31 ГВт ветровой установленной мощности, за ней следуют Испания (22,8 ГВт) и Великобритания (8,445 ГВт).

Германия уже много лет остается крупнейшим ветроэнергетическим рынком континента. Эта страна – первопроходец ветроэнергетической отрасли, и за успехами и проблемами ее энергетики пристально следят во всем мире. Решение о полном переходе на возобновляемую энергетику – Energiewende («энергетический переход») – было успешным, хоть и создало стране ряд проблем, заставив приступить к коренному преобразованию энергетической отрасли.

Первая правительственная программа поддержки ветроэнергетики Германии «100 МВт ветра» появилась еще в 1989 году, а с принятием закона «О подаче электроэнергии из возобновляемых источников энергии» начался взрывной рост отрасли. В 2000 году была принята новая версия закона – закон о возобновляемых энергиях, который время от времени перерабатывается в соответствии с требованиями времени.

Сегодня в стране эксплуатируются 24 тыс. ветряков. Основная масса ветряных установок строится в приморских землях Нижняя Саксония и Шлезвиг-Гольштейн. Однако в 2012 году началось широкомасштабное финансирование ветроэнергетики и в таких землях, как Рейнланд-Пфальц и Бавария, где обычно сильных ветров не бывает. Правда, ветры этого года подвели Германию. Сколько ни устанавливали новых ветротурбин, а произвести больше электричества не удалось по естественной в прямом смысле причине: ветры в этом году были недостаточно частыми и сильными.

За 2012 год в стране было введено 2,4 ГВт новых мощностей. Но инсайдеры отрасли полагают, что рост в Германии, возможно, станет одним из немногих положительных сигналов на турбулентном глобальном рынке ветроэнергетики, где Германия представляет собой островок стабильности.

Крупнейшие производители турбин страны – Enercon, REpower Systems, Siemens, Fuhlander.

По итогам 2012 года Великобритания заняла второе место по темпам роста среди ветроэнергетических рынков Европы: в стране за год установили 1,9 ГВт новых мощностей, а суммарная установленная мощность ветроэнергетики достигла 8,4 ГВт. Уникальность британской ветроэнергетики в том, что 75 % ее новых мощностей были установлены в море. Но об этом подробно будет рассказано далее.

Испания много лет была и остается до сих пор вторым по размеру ветроэнергетическим рынком Европы (22,796 ГВт). Ветростанции обеспечили в 2012 году 18,1 % потребления электроэнергии. Но по новым вводам ветряных электростанций эта страна уступает Италии, которая в 2012 году запустила 1,3 ГВт мощностей (Испания – 1,1 ГВт). Зато в ветроэнергетической отрасли страны занято 500 компаний, 150 из которых производят ветротурбины и оборудование. Крупнейшая из них – Gamesa Eólica. А следующая за ней по величине Alstom Wind разработала прототип магнитного безредукторного генератора мощностью 6 МВт, которому сулят большое будущее.

Сюрпризом года стало быстрое продвижение ветроэнергетики в таких странах, как Швеция, Румыния, Италия и Польша.

В прошлом году во Франции развитие ветроэнергетики ожидаемо замедлилось: добавилось лишь 0,8 ГВт и теперь страна имеет ветротурбины на 7,564 ГВт установленной мощности. Обещание снизить зависимость страны от атомной энергетики оказалось предвыборным ходом нового президента страны Франсуа Олланда, что сразу поняли инвесторы.

Хотя рамочное законодательство ЕС и задачи на 2020 год и обеспечивают определенную степень стабильности, тем не менее, текущий кризис суверенного долга означает неопределенные перспективы в следующем году.

Среди стран СНГ лидирует Украина, где на конец 2012 года функционировали 276 МВт ветроэнергетической мощности, рост составил 83 %. Для стимулирования развития ветроэнергетики в странах СНГ Всемирная ассоциация ветроэнергетики создала – нет, не инвестиционную структуру, – а Комитет по ветроэнергетике стран СНГ, который будет продвигать в регионе ветроэнергетические технологии.

Министерство энергетики США полагает, что к 2020 году ветростанции смогут удовлетворить не менее пятой части от общей потребности страны в электроэнергии. Рынок Северной Америки после нескольких лет спада сейчас находится в состоянии подъема. Сегодня более пятой части от мировой ветроэнергетической мощности – это турбины, установленные в США. Так же, как и в Европе, на развитие ВЭС в этой части света влияет политика государства. Так, только за один IV квартал 2012 года в США было введено в строй более 8 ГВт ветромощностей, при том что всего за год – 13,124 ГВт. Все дело в том, что инвесторы ожидали истечения срока действия налоговой льготы (так называемый производственный налоговый кредит) для ВЭС в конце года и, торопясь вскочить в уходящий поезд, совершили за октябрь-декабрь минувшего года настоящий рывок. Однако в связи с продлением действия налогового кредита на неопределенный срок аналитики отрасли предполагают в 2013 году более скромные темпы роста: ведь торопиться, оказывается, некуда.

Крупные ВЭС, мощность которых превышает 1 ГВт, представлены в 39 штатах. Крупнейшая из них – Alta Wind Energy (1,02 ГВт) – расположена в Калифорнии. Нормированная стоимость энергии американских ВЭС в 2013 году ценивается в $ 0,07 – 0,1 / кВт . ч, что делает ее вполне конкурентоспособной c другими видами генерации.

Для Канады год был не слишком удачным: ветроэнергетические мощности страны выросли «всего» на 18 % (935 МВт), а суммарная мощность ветроэнергетического парка достигла 6,2 ГВт. Канадский рынок ослабили политические нападки на закон о зеленой энергетике провинции Онтарио, самой большой ветроэнергетической базы страны.

Промышленная база Северной Америки растет, но большая часть ветротурбин и сопутствующего оборудования все еще импортируется из других регионов мира. Доля Северной Америки в мировом рынке новых ветротурбин с довольно низких показателей в 2010 году – 17 % и 21 % – в 2011 году, выросла до 31 % в 2012 году.

Доля ветряков Южной Америки в глобальной установленной мощности ВЭС растет: с 1 % в 2010 году до 1,4 % в 2011 году и до 1,8 % – в 2012 году. Можно сказать, что на рынках Южной Америки царит затишье. Развитие возглавляет Бразилия, установившая 1,1 ГВт – теперь в стране всего 2,5 ГВт ветроэнергетических мощностей – и Мексика, которая в 2012 году более чем удвоила мощности и теперь вошла в число 24 стран с более чем 1 ГВт установленных ветряных мощностей.

Ветряной «бум» пока обходит стороной регионы Северной Африки и Ближнего Востока. Здесь за год ввели в эксплуатацию проект на 50 МВт (в Тунисе), в Эфиопии, где заработала ВЭС общей мощностью 52 МВт. Однако во Всемирном совете по энергии ветра полагают, что это лишь начало африканского рынка, обращая внимание на проект ВЭС мощностью в 500 МВт, заложенный в Южной Африке.

На этом фоне выделяются три расположенные на севере Африки страны, мощность ветряков которых составляет 88 % всех ВЭС Африканского континента: Египет – 550 МВт, Марокко – 291 МВт и Тунис – 104 МВт.

В Тихоокеанском регионе ожидаемо лидирует Австралия, чьи установленные мощности достигли 2,6 ГВт.

Основные собственники ветроэнергетических активов.

 

А КТО ЛИДИРУЕТ НА САМОМ ДЕЛЕ?

Чтобы понять реальный вклад страны в ветроэнергетику и ее прогресс в использовании ветроэнергетических технологий, следует смотреть не столько на общие показатели, сколько на ветроэнергетические мощности в расчете на 1 тыс. жителей страны и / или на площадь этой страны. Так кто же настоящий лидер отрасли?

Дания является лидером по объему установленных мощностей ветроэнергетики на одного жителя страны: 752 Вт приходится на одного жителя страны. В лидерах по данному показателю находятся также такие страны, как Испания, Португалия, Швеция, Германия и Ирландия, замыкающая десятку лидеров. В данном рейтинге США занимают 12-е место с показателем, близким к 200 Вт на одного человека, Китай находится на 36-м месте с 56 Вт на одного человека. В рейтинге по установленной мощности на одного жителя страны обе страны находятся далеко позади своих позиций по суммарной установленной мощности, хотя этот показатель и превышает среднестатистический в мире. Индия занимает 52-ю позицию с 15 Вт на одного человека, что ниже среднемирового уровня.

Посмотрим, как распределяются мощности ВЭС по размерам территорий стран. Как и ожидается, здесь лидируют две маленькие страны – Гваделупа и Аруба, которые оказались на вершине рейтинга. За ними следуют Дания и Германия. В десятку лидеров по этому отношению также входят Нидерланды, Португалия, Испания, Бельгия и Соединенное Королевство. Ни Китай, ни США, ни Индия не вошли даже в двадцатку лидеров по установленной мощности ВЭС на 1 км² (среднемировой показатель составляет 1,9 кВт / км²).

Если исходить из этого показателя, наибольшим потенциалом для выработки электроэнергии за счет энергии ветра обладают страны с большой земельной территорией, несмотря на их текущее лидерство по абсолютным показателям мощности.

 

РЫНОК ВЕТРООБОРУДОВАНИЯ

Десятка ведущих производителей ветротурбин.В десятке ведущих производителей ветротурбин по введенным в эксплуатацию в 2012 году мощностям первые два места поделили датская Vestas и американская GE. Эти десять компаний в сумме произвели и установили 35,5 ГВт ветроэнергетических мощностей, то есть 70 % от мощностей, введенных в эксплуатацию в 2012 году. Американская General Electric заняла позицию лидера, но находится в уязвимом положении, так как практически вся продукция этой компании установлена и эксплуатируется в США, а на 2013 год аналитики прогнозируют некоторое замедление роста по причинам, названным выше. В то же время китайские компании из-за сокращения ввода новых ветроэнергетических мощностей на 18 % откатились в конец топ-10. Но если в 2012 году 99 % продукции китайских компаний устанавливались на отечественном рынке, то сейчас, по мере консолидации отрасли и снижения цен, они, несомненно, начнут более агрессивно завоевывать иностранные рынки. Этому способствует активизация китайских операторов ВЭС на внешних рынках. Например, в этом году китайская Guodian Corporation поглотила испанскую Iberdrola и стала крупнейшим владельцем активов, задействованных в ветроэнергетической отрасли. В собственности Guodian к концу 2012 года было 13,7 ГВт действующих ВЭС, причем 13,3 ГВт прежде принадлежали Iberdrola. Угадайте, чье оборудование будет устанавливать этот оператор в первую очередь? А китайские компании с каждым годом приобретают все больше активов за рубежом.

 

МОРСКИЕ ВЕТРОПАРКИ

В 2012 году сектор оффшорной ветроэнергетики вырос сразу на рекордных 54 % и к концу года суммарная установленная мощность морских ВЭС составила 5,4 ГВт, из которых 1,9 ГВт были установлены в течение года. Ну а доля оффшорной ветроэнергетики в общей установленной мощности мировой ветроэнергетической промышленности выросла с 1,5 % в 2011 году до 1,9 % в 2012 году. И это лишь начало. Сегодня 13 стран мира обладают оффшорными ветропарками, из которых 11 ВЭС расположены в Европе, и 2 ВЭС – в Азии. Отчего они распределены так неравномерно?

Прототип ветряной станции устанавливается в заливе Мэйн. Ее мощности в 20 КВт достаточно для обеспечения электричеством нескольких крупных домов.Есть три основные причины, заставляющие человека искать ветра в море. Во-первых, ресурсы прибрежных ветров необозримо велики: меньшее число турбин вырабатывают больше энергии. Во-вторых, большинство величайших городов мира находятся на побережье или рядом с ним. Морской ветер пригоден для крупных генерирующих мощностей рядом с основными центрами энергопотребления и таким образом устраняется необходимость длинных линий электропередачи. В-третьих, разумно строить морские ветропарки в густонаселенных прибрежных регионах с высокой стоимостью земли, испытывающих дефицит площадей под застройку.

Ничего удивительного, что в строительстве морских ветропарков лидирует Европа, где земля дорога и дефицитна. Более 90 % морских ветропарков находятся в Северной Европе: в Северном, Балтийском и Ирландском морях, а также в Ла-Манше. Из оставшихся 10 % большинство приходится на Китай, где существуют два показательных проекта таких ветропарков общей установленной мощностью 389,6 МВт. Правда, это пока далеко от запланированных на 2015 год 5 ГВт суммарной установленной мощности морских ветропарков КНР.

Для Европы, поставившей своей целью к 2020 году покрывать 20 % энергопотребления из возобновляемых источников, энергия морского ветра весьма важна. А Китай поставил задачу к 2020 году иметь не менее 30 ГВт установленной мощности морских ветропарков. В США ситуация иная: есть ресурсы, в разработке находится несколько проектов, но морских ветропарков как таковых здесь пока не создано. Общая же установленная мощность морских ветропарков мира к 2020 году, по прогнозам, достигнет 75 ГВт, но развитие событий за последние годы показывает, что эта цифра, скорее всего, будет превышена. Мировой лидер морской ветроэнергетики – Великобритания, имеющая на конец 2012 года 2,9 ГВт установленных в море мощностей. Соединенное Королевство представляет сегодня 74 % рынка мировой оффшорной ветроэнергетики. Страна поставила цель достичь в 2020 году уровня мощности морских ветропарков в 18 ГВт и удовлетворять за счет этого энергоисточника примерно 20 % потребности в электроэнергии. В этой стране находятся крупнейшие «ветряные фермы» мира: Грейтер Габбард (504 МВт), Уолни (367 МВт), а недавно в устье Темзы, приблизительно в 20 километрах от побережья графств Кент и Эссекс, была введена в эксплуатацию самая большая в мире ветряная ферма London Array мощностью 630 МВт.

Об «образцовой ферме» London Array стоит рассказать подробнее. Она принадлежит разработавшему и построившему ее консорциуму, в который входят Dong Energy, E.ON и Masdar. Компания Siemens поставила для London Array сетевое оборудование и 175 турбин-ветряков с диаметром ротора в 120 метров и мощностью генераторов 3,6 МВт каждый. В Северном море смонтировано две подстанции и еще одна на берегу. Генерируемая отдельными ветряными турбинами электроэнергия собирается в море и передается на берег по высоковольтным подводным кабелям.

За Великобританией идет Дания, установленная мощность оффшорных ВЭС которой в 2012 году составила 921 МВт и которая закрыла этими станциями 30 % своего энергопотребления. За ней следует Бельгия (379,5 МВт), которая в 2012 году стала вторым по величине рынком для новых оффшорных ветротурбин, почти удвоив свои установленные мощности с 195 МВт до 380 МВт. Развитие оффшорной ветроэнергетики на севере Германии и в Балтийском море намного отстает от ожиданий: оффшорные ветротурбины, установленные в стране, представляют лишь незначительную долю от общих ветроэнергетических мощностей – всего 280 МВт, менее 1 %. Но оффшорная ветроэнергетика Германии в этом году испытывала застой: ветряные установки простаивают в море из-за проблем с подключением к магистральным электросетям. Всего в 2012 году к единой сети электропередач были подключены лишь 16 ветрогенераторов, а 350 еще ждут подключения.

Основные европейские производители оборудования для морских ветропарков – Siemens и Vestas, а крупнейшие операторы – DONG Energy, Vattenfall и E.ON.

Практически в два раза увеличив суммарную мощность оффшорных ветротурбин, установленных в стране, КНР стала одним из ведущих игроков и на рынке оффшорной ветроэнергетики. Тем не менее, сектор оффшорной ветроэнергетики Китая по-прежнему пока еще обладает лишь незначительной долей от общей мощности ВЭС – 0,5 %. В ближайшие годы Китай планирует установить 5 ГВт оффшорных ветроэнергетических мощностей.

В таких странах, как Япония или Южная Корея, также приняты амбициозные программы по развитию оффшорной ветроэнергетики, несмотря на тот факт, что обе страны сталкиваются с серьезными техническими проблемами, требующими инновационных технических решений и связанными, в частности, с глубоководьем.

На первый взгляд Япония обладает огромным ресурсом морской ветроэнергетики. Теоретически энергии шельфовых ВЭС хватило бы на восьмикратное покрытие энергетических нужд страны. Но глубокие прибрежные воды не позволяют строить обычные морские ВЭС. На ситуацию пытаются повлиять посредством установления тарифов выше рынка. Действующие тарифы, установленные на 20 лет, рассчитаны на сухопутные проекты и не окупают более затратных из-за глубины морских. В октябре сообщалось, что к концу года японское министерство экономики войдет в правительство с предложением новых тарифов, которые, как планируется, должны поощрить инвестиции в морские ВЭС.

Выходом для японцев могут стать плавучие ВЭС. Идея строительства плавучих турбин, наподобие нефтяных платформ, не нова. Но плавучие турбины также в 8 раз дороже обычных. Недавно близ островов Гото (префектура Нагасаки) в тестовом режиме начала свою работу крупнейшая в стране плавучая ветряная турбина. Высота ветрогенератора вместе с платформой составляет 170 метров, а длина лопастей – 40 метров. От дрейфа конструкцию удерживают закрепленные на дне цепи. Мощность новой турбины превышает 2 МВт. Этот плавучий генератор будет работать в тестовом режиме до 2015 года.

Кроме того, к 2020 году неподалеку от префектуры Фукусима, всего в 20 километрах от побережья, планируется строительство 80 – 140 плавучих турбин. На строительство трех опытных турбин ассигновано $ 226 млн.

 

ГДЕ УСПЕХ, ТАМ И ПРОБЛЕМЫ

Вид эстетически великолепных ветряков заставляет морщиться инженеров, проектирующих энергосети. Их задача – гарантировать, что потребители не останутся без электроэнергии, а обычные электростанции смогут работать и будут в этом заинтересованы. Но энергия ветра поступает в сеть в зависимости от силы ветра, то есть генерируется неравномерно и тем самым усугубляет проблему стабилизации энергосетей.

На нынешнем этапе технологического развития резерв генерирующих мощностей (а он должен составлять не менее 30 – 35 % от пикового потребления) формируется традиционными станциями – ТЭС или ГЭС. К тому же география ВИЭ редко совпадает с размещением основных потребителей энергии, что требует перестройки электросетей. По идее, основная выгода ветро- и солнечной энергетики состоит в том, что снабженные индивидуальными генераторами дом или предприятие могут переходить от потребления к генерации, отдавая избытки электричества в сеть. Но именно здесь и коренится основная проблема сетей, которые в этом случае сталкиваются с непредсказуемыми во времени и пространстве всплесками мощности, реагировать на которые нужно очень быстро – в доли секунды.

Теоретически существующие электросети выдержат долю альтернативной генерации до 20 – 25 %. Это лишь средняя цифра: 3 октября 2013 года энергия ветра и солнца в электросетях Германии составила 59,1 %, и эту нагрузку сети выдержали. Но после 2020 года развитые страны столкнутся с проблемой модернизации устаревших сетей с тем, чтобы управлять перетоками энергии, не поддающейся диспетчеризации традиционными методами.

Сегодня электросетями правят техника и технологии с невысокой частотой дискретизации. Диспетчеры контролируют перетоки энергии с помощью так называемых CADA-систем, которые, однако, не могут реагировать на события длительностью меньше нескольких секунд. Будущим «умным» сетям (smart grids) потребуются быстрые сенсоры и безлюдная автоматика. Однако перестройка сетей, как и любой инфраструктурный проект, реализуемый на ходу, обойдется дорого: к примеру, перекраивание магистральных энергосетей Германии с тем, чтобы связать солнечные мощности юга и ВЭС на севере, обойдется, по предварительным расчетам, в 250 млрд евро.

Небольшие единичные ветроустановки выгодны лишь на первый взгляд. Но если посчитать стоимость сетевой инфраструктуры, то есть линии электропередач и распределительного устройства для подключения к энергосистеме, то картина радикально меняется. Еще дороже обойдется комплексное использование возобновляемых источников энергии, включая их встраивание в так называемую «децентрализованную» энергосистему (солнечные батареи и тепловые насосы, дополняющие ветрогенераторы).

 

ПОИСК РЕШЕНИЙ

Существующие механизмы сглаживания неравномерностей генерации в форме гидроаккумулирующих станций или гигантских аккумуляторов непомерно дороги. Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) – это, по сути, периодически наполняемый водоем, в который вода закачивается насосами во время спада потребления в энергосистеме, а на пике спроса, когда энергосистеме требуются дополнительные мощности, вода подается на турбины, как в обычной ГЭС. Понятно, что для строительства ГАЭС важно иметь местность с перепадом высот. А таковая не всегда обнаруживается там, где нужно, – например, рядом с морскими ветропарками или в равнинных местностях. Но ГАЭС, использующие выгоды рельефа местностей, объединяет с равнинными ГАЭС стоимость их строительства, которая в любом случае измеряется в миллиардах долларов. Причем основная проблема станций такого типа даже не в их стоимости, а скорее в низком КПД: в процессе закачивания воды теряется примерно треть энергии.

Химические способы аккумулирования электроэнергии, то есть строительство гигантских аккумуляторов, обходится еще дороже. Японская компания NGK, которая сейчас является лидером в производстве серно- натриевых аккумуляторов, пока не может снизить цену аккумуляторной энергии ниже $ 1,8 – 2,1 тыс. за кВт установленной мощности. И такая система работает не более четырех часов в сутки, а резерв ее работы до полной амортизации составляет все 10 тыс. часов со стоимостью 1 кВт . ч около $ 0,2.

Теоретически есть еще один вид химических накопителей. Это электролиз воздуха в водород с использованием энергии, закачиваемой ветряками в электролизер, с последующим риформингом газов в метан, сжигаемый затем на ТЭС. «В железе» такая система не существует. Эксперты рассматривают этот путь как чисто умозрительную и довольно громоздкую конструкцию с КПД, не превышающим в лучшем случае 15 %. Теоретические исследования в этом направлении ведет Институт ветроэнергетики Общества имени Фраунгофера (IWES) в Касселе (Германия), а испанский Университет Наварры по соглашению с компаниями Stuart Energy Systems (Канада) и Statkraft (Норвегия) только что основал лабораторию, которая создаст модель такого электролизера и изучит его действие.

13.12.2013

Комментарии 0

Войдите или  зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Справка

ВИЭ ТРЕБУЮТ РЕЗЕРВА

Германский Energiewende можно рассматривать как масштабный эксперимент по ускоренной модернизации стратегически важной отрасли в целом. На наших глазах будто бы пишется учебник по стратегическому менеджменту: немецкий эксперимент на ходу выявляет самые насущные проблемы «энергетического перехода» и поэтому за ним внимательно следят во всем мире.

Сегодня наиболее актуальной проблемой Германии становится не поддержка ВИЭ, а как удержать традиционные энергетические мощности. При всех успехах страны в освоении ВИЭ глава RWE Петер Териум еще в июле 2013 года отметил, что энергетическая отрасль Германии находится «в самом тяжелом кризисе за все время существования». Это не пустые слова: около двух месяцев назад RWE предупредил, что намерен сократить свои генерирующие мощности ТЭС (в основном – это газовые и в меньшей степени угольные ТЭС) на 6 %. А в ноябре компания объявила о сокращении 2,5 – 3 тыс. рабочих мест в рамках своей программы сокращения расходов RWE Neo, которая предусматривает экономию 1,5 млрд евро ежегодно и увольнение сотен сотрудников. Одновременно идет ускоренная распродажа активов концерна. В не менее трудной ситуации находится и главный конкурент RWE – гигант E.ON.

У этих процессов две причины. Первая – снижение спроса на электроэнергию, обусловленное продолжающейся деиндустриализацией страны и внедрением энергосберегающих технологий. Вторая (и главная) – резкое падение оптовых цен до минимального уровня с 2004 года из- за «конкуренции» с ветряными и солнечными станциями. Кавычки здесь не случайны: конкуренции как таковой нет, поскольку немецкий оптовый энергорынок административными мерами исказили в сторону максимального благоприятствования продажам возобновляемой электроэнергии.

Согласно принятому в Германии закону, киловатт-часы, полученные от ВИЭ, оптовый энергорынок Германии покупает в приоритетном порядке. А традиционные электростанции, которые и поддерживают безопасность всей энергосистемы, работают вхолостую и, следовательно, терпят убытки. В отрасли и в политических кругах даже заговорили о необходимости субсидирования традиционной энергетики. Получается, что убытки RWE и E.ON – это тревожные звонки, которые сигнализируют о признаках разбалансировки электрогенерирующей системы страны. Пока только одной страны. О последствиях увеличения доли нетрадиционных ВИЭ для энергосистемы любой страны весной 2013 года предупреждало и агентство по ядерной энергии при ОЭСР, которое отмечало высокий риск кратного роста системных издержек, а также наступления кризиса надежности электроснабжения.

 

«УМНЫЕ» СЕТИ

Вообще, концепция интеллектуальных сетей пока так нова, что в разных регионах ее понимают по-разному. Нет и четкой границы между обычными и интеллектуальными сетями. Если отталкиваться от концептуальных определений, то Smart Grid – это интеллектуальная активно-адаптивная сеть как совокупность подключенных к генерирующим источникам и электроустановкам потребителей программно-аппаратных средств, а также информационно-аналитических и управляющих систем, обеспечивающих надежную и качественную передачу электрической энергии от источника к приемнику в нужное время и в необходимом количестве.

Технология Smart Grid работает через систему специальных «умных» счетчиков потребления, установленных на предприятиях и в жилых помещениях. Они информируют об объеме поставленной электроэнергии, что позволяет автоматически, без участия поставщика или потребителя энергии, корректировать использование электрооборудования во времени и распределять электричество в зависимости от потребностей.

Сегодня реализуется несколько проектов интеллектуальных сетей. Проект FENIX объединил таких ведущих игроков европейского энергетического рынка, как Iberdrola, Electricitе de France, EDF Energy Networks, Red Elеctrica de Espana, National Grid Transco, Siemens PSE, Areva T&D и другие. Проект ADDRESS является составной частью европейской концепции сетей будущего Smart Grids European Technology Platform и объединяет работу 25 компаний из 11 стран Европы, включая EDF, ABB, Enel, Kema, Philips и других. Проекты построения Microgrids – отдельных энергосетевых структур, расположенных на небольшой территории, обладающих собственными генерирующими источниками и способными взаимодействовать с центральной сетью для решения задач покрытия максимума пиковых нагрузок – реализуются в Европе (консорциум 14 компаний из 7 стран во главе с Национальным технологическим университетом Афин (NTUA), США (проекты, реализуемые консорциумом CERTS, компанией GE), Канаде, Японии.

 

УДАЧНЫЙ ПРИМЕР

В Бельгии остроумно решили проблему ГАЭС при морском ветропарке. Там решено построить своего рода искусственный остров – кольцевую дамбу, в периметре которой расположен резервуар, заглубленный в морское дно примерно на 30 метров. При отсутствии ветра, когда ветряки простаивают, стальные шлюзы впускают в резервуар воду, которая падает на лопатки турбин, вырабатывающих электричество. А когда поднимется ветер и образуется излишек энергии, ее направят на откачивание воды из резервуара, чтобы в дальнейшем, при необходимости, повторить цикл.

 

Аналитика