Ветроэнергетика — ключевая отрасль энергетики будущего

Ветроэнергетика — ключевая отрасль энергетики будущего

ветроэнергетика

Название данной статьи на первый взгляд выглядит необычно, провокационно и даже крамольно. ВИЭ до сих пор рассматриваются многими наблюдателями в качестве экзотической и маргинальной «альтернативы» традиционному, устоявшемуся энергетическому укладу, основывающемуся на сжигании ископаемого сырья.

В то же время статистические данные убеждают, что возобновляемая энергетика, в том числе ветроэнергетика, уже вышла из категории «альтернативной», став энергетикой основной, главным направлением энергетического развития.

Например, ветроэнергетика занимает первое место

а) по чистому приросту новых электроэнергетических мощностей в ЕС за период 2000 – 2014 (116,76 ГВт). К слову, третье место занимает солнечная энергетика, пропустив вперед, на второе место, природный газ.
clean adding

b) по плановому чистому приросту новых мощностей в США в 2015 году (9,811 ГВт), опережая более чем в два раза природный газ [1].
usa

UPD. Согласно сообщению Американской ассоциации ветровой энергетики (AWEA) от 21.12.2015 общая мощность ветроэнергетических установок в США составила рекордные 70 ГВт. Такого объема достаточно для снабжения электричеством 19 млн. среднестатистических американских домохозяйств или обеспечения работы 26 млн. электромобилей.

Строительство ветроэлектростаций позволило создать в стране более 70 тыс. дополнительных рабочих мест, а в планах Министерства энергетики США достижение уровня 20-процентной генерации электроэнергии всех штатов за счет энергии ветра.

В ЕС в 2014 году 100% (!) чистого прироста мощностей пришлось на ВИЭ, среди которых лидирует ветроэнергетика (прирост — более 11 ГВт) [2].
eur

В Китае, где ветроэнергетика уже несколько лет производит больше электричества, чем атомная, в 2014 было установлено 23,2 ГВт мощностей ветряных электростанций – абсолютный мировой рекорд [3]. В перовом полугодии 2015 года ввод новых мощностей составил 9,2 ГВт [4]. Планируется, что за 2015 г. будет установлено 21,5 ГВт [5]. Официальная цель: 200 ГВт мощности ветроэнергетики к 2020 г. Для сравнения, установленная мощность всей российской электроэнергетики: примерно 230 ГВт.

В Дании в 2014 г. доля ветроэнергетики в производстве электричества составила почти 40%, в Испании и Португалии – более 20%, в Ирландии – около 20%, Великобритании – 9%, Германии – 8,6% [6], Китае – 2,8% [7].

В 24 странах мира установленная мощность национальной ветроэнергетики превышает 1 ГВт [8].

Все страны БРИКС, кроме России, переживают бум ветроэнергетики. Упоминавшийся Китай – мировой лидер, как по темпам роста, так и по установленной мощности. Бразилия ввела в 2014 г. 2,5 ГВт – четвёртый показатель в мире за этот год, Индия – 2,3 ГВт, и по установленной мощности (22,5 ГВт) занимает в мировой табели пятое место. Южная Африка за один только 2014 г. нарастила мощность с 10 до 570 МВт [9].

Масштабы сегодняшних перемен в энергетике хорошо демонстрирует еще одно сравнение: построенные за один лишь 2014 г. мощности мировой ветроэнергетики превышают совокупную установленную мощность российских ГЭС и в два раза больше всех действующих атомных электростанций Российской Федерации.

Приведённые цифры доказывают, что ветроэнергетика стала важным способом производства электроэнергии не только в промышленно развитых, но и развивающихся странах.

Размер имеет значение

История развития современной ветроэнергетики – это история роста размеров и мощности ветрогенераторов.

Развитие науки и техники, совершенствование технологий планирования размещения ветряных электростанций привели к тому, что в «нестабильной» ветроэнергетике сегодня обеспечивается достаточно высокий коэффициент использования установленной мощности (КИУМ).

turb
В 80-х гг. прошлого века средняя ветряная турбина имела ротор диаметром 17 м. и выдавала 75 кВт мощности. Современная ветряная турбина — существенно более крупный генерирующий объект. По данным Европейской ассоциации ветроэнергетики [10] средняя мощность современного материкового ветряка в Европе сегодня – 2,2 МВт. Он позволяет производить в среднем за год 4702 МВт*ч электроэнергии (что соответствует годовому энергопотреблению примерно 1200 домохозяйств). КИУМ – 24%. Средняя морская (offshore) турбина обладает мощностью 3,6 МВт и вырабатывает 12961 МВт*ч в год. КИУМ здесь сопоставим с традиционной энергетикой– 41% (использование мощности в сегодняшних энергосистемах как правило не превышает 50%).

Рост размеров обусловлен развитием технологий и, разумеется, экономическими причинами – желанием сократить удельные капитальные затраты и LCOE (приведённую стоимость производства электричества). Этим объясняется и то, что турбины морского, шельфового размещения стремятся делать мощнее, поскольку капитальные затраты в морском строительстве существенно выше.

Размеры ветрогенераторов будут расти и дальше. Сегодня серийно производятся турбины мощностью 7,5 МВт, с высотой башни и диаметром ротора, далеко превосходящими 100 метров. Есть действующие прототипы 8-ми и даже 10-ти мегаваттных ветроустановок.

Экономика и поддержка

На сегодняшний день материковая (onshore) ветроэнергетика превратилась в один из самых дешевых способов производства электричества.

Поскольку данные по странам и проектам в электроэнергетике могут значительно отличаться, мы рассматриваем интегральные, обобщающие исследования, авторы которых анализируют крупные массивы данных множества энергетических проектов.

irena
В январе 2015 г. Международное агентство по возобновляемой энергии (IRENA) опубликовало объемное исследование под названием «Стоимость генерации в возобновляемой энергетике в 2014 г.». «Во многих странах, включая Европу, энергия ветра является одним из самых конкурентоспособных источников новых энергетических мощностей… Отдельные проекты в ветроэнергетике регулярно поставляют электроэнергию по $0,05 за кВт•ч без финансовой поддержки, при этом для электростанций, работающих на ископаемом топливе, стоимостной интервал составляет $0,045–0,14 за кВт•ч,» [11] — сообщает Агентство.

Читайте также  Опыт земли венедов: сможет ли Украина также перейти на ВИЭ

Прогнозные значения на 2020 г. Министерства энергетики США показывают, что конкурировать с материковой ветроэнергетикой по стоимости производства электричества (LCOE) сможет только комбинированная генерация на основе природного газа [12].

За последние два года, помимо указанных работ, вышло несколько авторитетных исследований по сравнительной экономике энергетики, в которых в целом подтверждаются вышеназванные заключения о высокой ценовой конкурентоспособности ветроэнергетики.

Сегодня не существует ни одного исследователя, который бы сомневался, что капитальные затраты и стоимость производства электричества с помощью ВИЭ будут падать и дальше, а сложность и стоимость добычи ископаемого топлива, наоборот, возрастать. Поэтому в ближайшие годы электричество, производимое ветряными электростанциями, станет устойчиво дешевле продукции углеводородной генерации практически во всех регионах планеты.

co2
В качестве одного из методов сравнительного анализа экономики генерирующих объектов разных типов предлагается учёт в расчётах внешних эффектов (экстерналий). Удельные (на единицу вырабатываемой электроэнергии) выбросы парниковых газов в возобновляемой энергетике на порядок меньше, чем в углеводородной. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата при ООН, полученным на основе обобщающего анализа более 50 научных работ, выбросы СО2экв. грамм/кВт*ч (медиана): Уголь: 1001, нефть: 840, природный газ: 469, солнце (фотоэлектрика): 48, солнце (гелиотермальная): 22, ветер: 12. Подчеркну, что речь идёт о расчётах на основе жизненного цикла. Таким образом, по данным показателям газ «вреднее» ветроэнергетики в 39 раз, уголь – в 83 раза [13].

Для монетарной оценки экстерналий используются соответствующие модели, учитывающие экспертные заключения. Одна из таких моделей под названием «Методика оценки внешних издержек для окружающей среды» предложена Министерством окружающей среды Германии. В соответствии с его подсчетами внешние эффекты производства электроэнергии составляют для каменного угля — 8,9, бурого угля — 10,7, природного газа — 4,9, ветра — 0,3, гидроэнергетики — 0,2, солнечной энергетики — 1,2, биомассы — 3,8 евроцентов на выработанный киловатт-час [14].

Корпорация Siemens, активно вовлеченная в энергетическое машиностроение и являющаяся крупным производителем ветроэнергетических установок, разработала «всеохватывающий» интегральный экономический индикатор, учитывающий наряду с LCOE внешние эффекты, субсидии, занятость и еще ряд факторов, связанных с процессом производства электроэнергии. Данный показатель был назван «Общественная стоимость производства электричества» (Society’s cost of electricity – SCOE) [15]. По расчетам Siemens, проведенным для рынка Великобритании, в 2025 г. самым низким SCOE будут обладать обе «ветви» ветроэнергетики, и даже фотоэлектрика в условиях Туманного Альбиона оказывается дешевле атомной, угольной и газовой генерации.

Если ветроэнергетика столь конкурентоспособна, зачем её поддерживать?

Для начала отметим, что абсолютно любой крупный, «жизнеобеспечивающий» сектор экономики везде является объектом регулирования и государственной поддержки.

Международное энергетическое агентство «оценивает, что субсидии на потребление ископаемого топлива во всем мире составили в 2013 г. $548 млрд… Эти субсидии более чем в четыре раза выше объемов субсидий возобновляемым источникам энергии»[16].

В мае 2015 года Международный валютный фонд (МВФ) опубликовал рабочий доклад под названием «Насколько велики глобальные энергетические субсидии?» В расчетах исследователей МВФ, охватывающих уголь, нефтепродукты, природный газ и электроэнергию, учитывались экстерналии (внешние эффекты), о которых мы говорили выше. Выводы авторов доклада «шокирующие»: «энергетические субсидии значительно выше, чем оценивалось ранее: — $ 4,9 трлн (6,5 процента мирового ВВП) в 2013 г, и по прогнозам, достигнут $ 5,3 трлн (6,5 процента мирового ВВП) в 2015 г», что эквивалентно $ 10 млн в минуту[17]. Методика, используемая специалистами МВФ, может кому-то показаться спорной, но это предмет отдельной специальной дискуссии.

Вспомним, наконец, слова нашего Нобелевского лауреата, Ж. И. Алферова: если бы на развитие альтернативной энергетики было потрачено хотя бы 15% из тех средств, что мы вложили в энергетику атомную, то АЭС нам сейчас вообще были бы не нужны [18].

Всякая новая важная отрасль экономики требует умного регулирования и поддержки. В то же время объемы поддержки ветроэнергетики несравнимы с теми ресурсами, которые направлялись и направляются на развитие атомной и сырьевых отраслей.

Вопросы экономики и государственной поддержки подробно раскрыты в книге автора «Мировая энергетическая революция» [19].

Нестабильная генерация

Одним из основных недостатков ветряной и солнечной энергетики считается нестабильный, погодозависимый характер генерации.

Эта проблема «нестабильности» уже сегодня имеет экономически оправданное технологическое решение. Современный уровень развития сетей, систем накопления и хранения энергии не создает значимых препятствий для дальнейшего развития возобновляемой энергетики [20].

В качестве аккумулятора достаточно весомых объемов генерации ВИЭ вполне может выступать существующая электрическая сеть. Опыт стран, в которых доля «переменчивой» генерации ВИЭ превысила 5%, 10% и более от общего объема производимой электроэнергии (например, Дания, Ирландия, Германия, Испания, Португалия, Великобритания), показывает, что сеть «проглатывает» такое количество чистой энергии без каких-либо проблем. Более того, исследование, проведенное Международным энергетическим агентством, подчеркивает, что большая доля переменчивой энергии ВИЭ (до 45%) может быть интегрирована в энергетическую систему без существенного увеличения затрат [21]. Расширение сетей передачи и распределения электроэнергии, их модернизация рассматриваются в качестве наиболее экономически эффективного способа подстройки энергетической системы под возрастающую долю ВИЭ — сеть существенно дешевле, чем аккумуляторные системы. «Новые технологии хранения станут необходимыми, когда доля возобновляемых источников энергии превысит 70%» [22], — считают немецкие авторы из Agora Energiewende.

Читайте также  Quantino – электромобиль на потоковых батареях от nanoFlowcell c пробегом 1000 км без подзарядки (видео)

Кроме того, наряду с распространенными сегодня системами аккумулирования энергии (ГАЭС), активно разрабатываются и уже применяются иные способы, например, аккумуляторные системы или технологии Power-to-Gas («энергия – газ»). Совершенствуется и управление сетями, внедряются технологии «умных сетей» (Smart Grids).

Нет никаких сомнений, что технологическая способность рационально управлять любыми объемами «нестабильной» генерации будет обеспечиваться по мере развития ВИЭ.

По теме: В Европе выработано энергии ветра больше, чем получено от газа и угля в 2014

Ключевой игрок энергетической системы 2050

Принимая во внимание растущую экономическую привлекательность энергии из ветра в сочетании с практически неограниченными ветроэнергетическими ресурсами планеты, теоретически возможно снабжение всего человечества электроэнергией, практически полностью произведенной только на основе ветра. Исследование Гарвардского университета, основанное на весьма консервативных допущениях, показывает, что потенциал ветроэнергетики примерно в 40 раз превышает глобальное потребление электричества [23].

tempСреднегодовой темп роста мощностей мировой ветроэнергетики начиная с 2009 г. составляет 21,4% в год, а за последнее десятилетие ее установленная мощность выросла в восемь раз [24]. На конец 2014 г. она составила 370 ГВт, и, предположительно, к 2020 г. достигнет 1000 ГВт [25].

Обобщение различных прогнозов и сценариев развития энергетических рынков и ветряного сегмента возобновляемой энергетики показывает интервал от 10,3% до 30,6% — такую долю в мировом производстве электричества может занять ветроэнергетика к 2050 г. [26]. При этом во многих технологически развитых странах доля ветроэнергетики будет приближаться к верхней границе указанного интервала или даже превосходить ее. Дания, как мы видели, уже производит порядка 40% электричества посредством энергии ветра, а по мнению Министерства энергетики США в 2050 г. ветроэнергетика может вырабатывать 35% американской электроэнергии [27]. Здесь, как и в других сегментах возобновляемой энергетики, дальнейшее развитие во многом будет зависеть от совершенствования технологий и развития сравнительных экономических преимуществ.

Ветроэнергетика в России

Нужна ли России ветроэнергетика? Ставить вопрос таким образом – то же самое, что спрашивать, «нужен ли России автомобильный транспорт».

Развитие ВИЭ – долгосрочная стратегическая тенденция развития мировой энергетики. Использование экономически эффективных и экологичных способов возобновляемой генерации со временем станет необходимостью.

И здесь есть только два пути: либо мы развиваем национальную науку, инженерную культуру и производство, либо закупаем технику за рубежом. Сегодня Россия идёт по второму пути, который, однако, постепенно заканчивается. Экономическая модель «нефть в обмен на остальное» не имеет перспектив.

В СССР существовали передовые для того времени наработки в области ветроэнергетики, во второй половине 80-х принимались грандиозные планы её развития. Наработки потеряли свою актуальность, школа потеряна безвозвратно. Нужно начинать фактически с начала (к сожалению, такая ситуация характерна не только для сектора ВИЭ, в традиционном энергетическом машиностроении зависимость от импортных поставок также высока).

Распоряжение Правительства РФ № 1472-р от 28 июля 2015, касающееся стимулирования производства электроэнергии с использованием ВИЭ, дарит надежду, что в России будет развиваться не только ветроэнергетика, как способ производства электроэнергии, но и её технологическая и производственная база.

В то же время отсутствие как общей идеологии, так и конкретных стратегий развития науки, техники и промышленного производства на гос. уровне, а также безответственная финансовая политика, которая не ориентирована на экономическое развитие страны, создают существенные преграды.

Автор статьи: Владимир Сидорович, Директор Института энергоэффективных технологий в строительстве




[1] http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=20292

[2] Wind in Power, 2014 European Statistics, EWEA, February 2015, p.6

[3] REN21 Renewables Global Status Report 2015, p. 70

[4] http://www.enerdata.net/enerdatauk/press-and-publication/energy-news-001/china-added-92-gw-wind-and-77-gw-solar-1st-half-2015_33479

[5] http://www.windpowermonthly.com/article/1338971/china-connect-215gw-new-capacity-2015

[6] http://www.unendlich-viel-energie.de/strommix-deutschland-2014

[7] REN21 Renewables Global Status Report 2015, p. 70

[8] REN21 Renewables Global Status Report 2015, p. 70

[9] REN21 Renewables Global Status Report 2015, p. 72

[10] http://www.ewea.org/wind-energy-basics/facts/

[11] http://www.irena.org/News/Description.aspx?NType=A&mnu=cat&PriMenuID=16&CatID=84&News_ID=386

[12] http://www.eia.gov/forecasts/aeo/electricity_generation.cfm#1

[13] http://shrinkthatfootprint.com/greenest-electricity-source

[14] https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/378/publikationen/hgp_umweltkosten.pdf

[15] www.siemens.com/energy/wind/scoe

[16] http://www.worldenergyoutlook.org/resources/energysubsidies/

[17] IMF Working Paper “How Large Are Global Energy Subsidies?” Prepared by David Coady, Ian Parry, Louis Sears, and Baoping Shang, International Monetary Fund, May 2015

[18] http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/2888/

[19] http://www.alpinabook.ru/catalog/EconomicsPoliticsSociology/2417716/

[20] http://www.alpinabook.ru/catalog/EconomicsPoliticsSociology/2417716/

[21] The Power of Transformation. Wind, Sun and the Economics of Flexible Power Systems, IEA, 2014, p.13

[22] 12 Insights on Germany’s Energiewende. A Discussion Paper Exploring Key Challenges for the Power Sector, Agora Energiewende, February 2013 p.15

[23] Global potential for wind-generated electricity http://www.pnas.org/content/106/27/10933.abstract

[24] Renewables 2014 Global Status Report, p.56

[25] http://www.dw.de/globaler-trend-hin-zu-erneuerbarer-energie/a-16519172

[26] http://www.nature.com/nclimate/journal/v4/n8/fig_tab/nclimate2269_T1

[27]

Топ-5 трендов в «зеленой» энергетике по версии For... Прошедший год был наполнен значительными событиями в энергетической сфере: падение цен на нефть, массовое закрытие угольных заводов в США и странах Е...
Кто выступает против электромобилей? 7 самых распр... Ежедневно мы видим новые и новые заголовки с необоснованными претензиями в адрес электромобилей, над ними издеваются разные известные личности. Что д...
Солнечная электростанция для дома: можно ли в Укра... Никола Тесла еще в далеком 1891 году сказал, что наш мир — это колоссальный океан энергии, бесконечное пространство в котором мы плывем с непостижимо...
Как будет развиваться сеть зарядных станций для эл... Трансъевропейская сеть суперзарядок, которые смогут залить 'полный бак' для Nissan Leaf за 6 минут - то есть, за то же время, которое обычно требуетс...

Сохрани, чтобы не потерять