Ветроиндустрия как проект развития
26 февраля 2013 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 ещё 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 подъёма 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 средне-скоростных, 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 средне-скоростных (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 (см. www.fimip.ru/project/2003); второй - применение WR-кассетных конструкций или кластерных моделей VAWT (см. www.fimip.ru/project/2079).
Другая стратегия развития ветроэнергетики континентальных стран, включая Россию, сегодня ошибочна в силу уровня развития техники и климатических условий.
Автономность 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 учётом 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 протяжённых 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 в потребителям, не имеющим централизованного электроснабжения либо имеющим нестабильные коммуникационные связи с ЕЭС. Эта категория граждан сезонно увеличивается в два-три раза за счёт горожан, выезжающих в сельскую местность на летний отдых.
Согласно переписи 2010 года, в России насчитывается 102,2 тысячи сельских населённых 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 кластерной модели для кустового энергоснабжения 25-100 домохозяйств, фермерских сельхозпроизводителей;
· WR-генераторов крупной мощности от 400 кВт в виде автономных установок усиленно-каркасной модели или ветропарков из виндроторов кластерного типа.
Генерирующие компании ЕЭС инвестируют в автономную ветроэнергетику либо выкупают по рыночной стоимости освободившиеся мощности.
Настоящее и перспективы
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 ВЭИ до 14 ГВт.
По мнению IFC, объем внутреннего рынка России составляет 27 миллиардов евро, или 30-35 ГВт (среднее значение между теоретическими расчётами 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 населённых пунктах высвободит мощности ТЭК России для нужд больших городов, крупных промышленных объектов, что потребует финансирования на первом этапе модернизации в объёме 4-5 миллиардов евро, сопоставимого со стоимостью ветроэнергетической программы Германии. Такое совпадение не случайно, поскольку расчёты 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 по-объектно 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, Болгарии и Румынии. 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 серьёзно 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 средне-мощные 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.
Александр В. Губанов, инженер-конструктор, независимый аналитик, награждён Орденом Почёта, в качестве изобретателя - медалями международных Салонов инноваций в Москве и Женеве;
город Москва, vagezit@mail.ru
RSS Подписка
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 ещё 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 подъёма 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 средне-скоростных, 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 средне-скоростных (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 (см. www.fimip.ru/project/2003); второй - применение WR-кассетных конструкций или кластерных моделей VAWT (см. www.fimip.ru/project/2079).
Другая стратегия развития ветроэнергетики континентальных стран, включая Россию, сегодня ошибочна в силу уровня развития техники и климатических условий.
Автономность 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 учётом 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 протяжённых 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 в потребителям, не имеющим централизованного электроснабжения либо имеющим нестабильные коммуникационные связи с ЕЭС. Эта категория граждан сезонно увеличивается в два-три раза за счёт горожан, выезжающих в сельскую местность на летний отдых.
Согласно переписи 2010 года, в России насчитывается 102,2 тысячи сельских населённых 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 кластерной модели для кустового энергоснабжения 25-100 домохозяйств, фермерских сельхозпроизводителей;
· WR-генераторов крупной мощности от 400 кВт в виде автономных установок усиленно-каркасной модели или ветропарков из виндроторов кластерного типа.
Генерирующие компании ЕЭС инвестируют в автономную ветроэнергетику либо выкупают по рыночной стоимости освободившиеся мощности.
Настоящее и перспективы
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 ВЭИ до 14 ГВт.
По мнению IFC, объем внутреннего рынка России составляет 27 миллиардов евро, или 30-35 ГВт (среднее значение между теоретическими расчётами 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 населённых пунктах высвободит мощности ТЭК России для нужд больших городов, крупных промышленных объектов, что потребует финансирования на первом этапе модернизации в объёме 4-5 миллиардов евро, сопоставимого со стоимостью ветроэнергетической программы Германии. Такое совпадение не случайно, поскольку расчёты 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 по-объектно 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, Болгарии и Румынии. 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 серьёзно 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 средне-мощные 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.
Александр В. Губанов, инженер-конструктор, независимый аналитик, награждён Орденом Почёта, в качестве изобретателя - медалями международных Салонов инноваций в Москве и Женеве;
город Москва, vagezit@mail.ru
RSS Подписка