Электрические мельницы,

Георг ПОБУЛЬ,
доктор технических наук.

Каким способом мы можем противостоять росту стоимости электроэнергии в этих условиях? Необходимо в большей мере применять возобновляющие энергоресурсы. Из них, например, ветроэнергию. Следует отметить, что даже преуспевающие и богатые страны, такие как Германия и США в последнее время уделяют ветроэнергии большое внимание. Очень поучительно изучение опыта Германии. Она приступила к внедрению ветроэнергии субсидированием за счет государства. Было установлено, что применение ветроэнергии экономически выгодно энергосистеме с учетом уменьшения эмиссии СО2. В результате экономической поддержки государства Германия вышла на первое место по применению ветроэнергии в мире. Реализуя ряд программ по строительству ветровых электростанций (ВЭС Германия подошла в 1989 году к программе "Ветер 250 МВт". Эта программа предусматривает строительство крупных ВЭС мощностью порядка 1000 КВт. Строительство ВЭС происходит в быстром темпе. Среднегодовой прирост мощности составляет 30-80%. К концу 1998 г. ВЭС выработали 4,7 ТВт.ч. Строятся в основном ВЭС большой мощности класса МВт. 98% выработанной электроэнергии направляется в общую энергосистему. Коэффициент использования номинальной мощности составляет 20%. Высота этих ВЭС около 100 м и диаметр ветрового колеса - свыше 60 м. Поворот лопастей ВЭС осуществляется автоматикой. Каждый день вводится в эксплуатацию мощностей порядка 1 МВт. Каждый проект ВЭС подвергается технико-экономическому анализу. Строительство ВЭС получает государственную дотацию 25% от полной стоимости. Срок окупаемости - 15 лет, причем каждая ВЭС должна работать при максимальной мощности 2200 часов в год.

До бурного развития ветроэнергетики в Германии лидирующее положение в этой отрасли принадлежало США. В США достигли стремительного развития за счет платежных льгот и субсидий со стороны государства. Наибольшее количество ВЭС сооружено в США в Калифорнии. Политика развития энергетики в США основана на всемерной экономии невозобновляющихся энергетических ресурсов. В этом смысле ветроэнергетика имеет преимущества ввиду возобновляемости и не имеет существенных негативных влияний на окружающую среду. Согласно экономическим показателям ВЭС конкурентоспособны с другими электростанциями, и очень важно, что стоимость ВЭС имеет тенденцию к уменьшению, а стоимость других электростанций возрастает.

В настоящее время в США наблюдается тенденция, где старого типа ВЭС заменяются новыми, которые усовершенствованы и более мощные. В этом процессе участвует как частный, так и государственный капитал. В США в год вводится в эксплуатацию ВЭС порядка 2000 МВт. В производстве ВЭС участвуют свыше 20 заводов. Все установки должны соответствовать действующим стандартам. Этим обеспечивается производство наиболее усовершенствованных ВЭС, что обеспечивает выработку наиболее дешевой электроэнергии даже в районах с умеренными скоростями ветра (среднегодовая скорость ветра порядка 5 м/сек.). Стоимость вырабатываемой ветроэнергии находится в пределах 0,56-0,98 кр./КВт.час. В 2000 году предполагают снизить стоимость ВЭС до 0,35 кр./КВт.час.

На третьем месте по установленной мощности ВЭС находится Дания. Толчок к массовому применению ВЭС дали мировой нефтяной кризис и кампания по уменьшению эмиссии вредных газов в атмосферу. В Дании была разработана успешная стратегия, которая включала разработку и широкое внедрение мощных ВЭС как на основе государственных субсидий, так и частного капитала. В 1990 году был разработан план "Энергия-2000 и сберегающее развитие".

Согласно этому плану предполагается к 2005 году установить ВЭС мощностью 1500 МВт, что позволяет генерировать станциями ВЭС 10% из электропотребления Дании. К 1995 году в энергосистему были включены около 3000 ветряков с суммарной мощностью 630 МВт. Почти 25% из ВЭС установлены группами, куда входят, как правило, 5 или более ВЭС. Эти группы ВЭС расположены на островах, побережье, а также в море. Промышленность Дании производит большое количество ВЭС для экспорта. Наибольшее количество из ВЭС экспортируется в США. Техобслуживание ВЭС производят государственные, а также частные фирмы. Фирмы предоставляют гарантийный срок службы эксплуатации на два года. Все ВЭС подключены к энергосистеме.

Владелец ВЭС несет расходы, связанные с включением ВЭС в низквольтную сеть, а государство - все расходы по присоединению к высоковольтной сети. ВЭС являются важным предметом экспорта Дании в 50 стран мира. В серийное производство запущены станции мощностью 600-750 КВт.

Будущее находится за установками класса МВт. Удельная стоимость ВЭС составляет 14000 кр./КВт. Как правило, государство покрывает первоначальные расходы на электростанции и сети, причем потребители постепенно возвращают расходы при уплате за электроэнергию. Строительство частных ВЭС субсидируется путем банковских займов на 10-15 лет. Собственник ВЭС обязан вкладывать выручку за электроэнергию в тот банк, который дал ему заем. Себестоимость ветровой элетроэнергии составляет приблизительно 0,63-0,84 кр./КВт.час. При сооружении ВЭС соблюдаются строго все требования по защите окружающей среды (проблемы шума и опасность для птиц). В перспективе строительство ВЭС будет производиться в море глубиной до 30 м. К 2030 году предполагается соорудить ВЭС с суммарной мощностью порядка 4000 МВт. Типовая установка ВЭС будет 1500 КВт. Себестоимость электроэнергии - 0,70-0,76 кр./КВт.час.

В Эстонии имеются все предпосылки для строительства ВЭС. Это показывают старые мельницы, которые были построены около ста лет назад. В 1934 году в эксплуатации находились около ста маломощных ВЭС, при помощи которых заряжались аккумуляторы радиоприемников и осуществлялось освещение на хуторах.

В связи с намечаемым ростом стоимости электроэнергии и загрязнением атмосферы выбросами сланцевыми электростанциями становится актуальным строительство ВЭС в Эстонии. Наша республика имеет развитую электрическую сеть, что делает строительство ВЭС весьма благоприятным. ВЭС целесообразно включать прямо в электрическую сеть, куда они будут подавать электроэнергию. Такая система позволяет успешно решать проблему резервирования при небольших скоростях ветра, а также при бурях, когда становится необходимым отключение ВЭС. Такая схема соединения ВЭС позволяет сократить также потери электроэнергии в сети, сократить нагрузку сланцевых электростанций и уменьшить атмосферные выбросы в сланцевом районе.

Одним из главных показателей, который определяет эффективность ВЭС, является средняя годовая скорость ветра. Она является благоприятной для ВЭС на островах и на побережье. Скорости ветра в основном определяются горизонтальными градиентами давления воздуха. Они имеют наибольшее значение осенью и зимой. Летом скорости ветра убывают. Скорость ветра уменьшается при движении от побережья в сторону суши. Это происходит из-за леса и других элементов природы. Современная техника и технология предполагают усовершенствованные ВЭС, у которых диаметр ветрового колеса достигает 50-100 м. На островах и побережье Эстонии на высоте 70 м средние годовые скорости ветра достигают 7,8-9,6 м/сек. В этих условиях мощность ВЭС может быть в пределах 200-1400 КВт и обеспечить работу ВЭС 3500-4000 часов в год. Средние годовые скорости имеют максимальное значение осенью и зимой, что хорошо соответствует потребностям в энергии энергосистемы.

На островах и в прибрежной зоне Эстонии можно установить ВЭС с суммарной мощностью 250-500 МВт и получить за год приблизительно 375-750 млн. КВт.час электроэнергии. Согласно расчетам А.Валма в ТТУ, отпускная цена выработанной ВЭС электроэнергии может быть в пределах 0,81-1,01 кр./КВт.час, что гарантирует прибыль 20%. Такая отпускная цена обеспечивает конкурентоспособность ветровой электроэнергии с электроэнергией сланцевых электростанций.

Следует отметить, что стоимость электроэнергии сланцевых электростанций будет в дальнейшем расти, а стоимость электроэнергии ВЭС будет уменьшаться. Этому способствует техническое усовершенствование ВЭС, увеличение производительности, а также относительное удешевление ВЭС. Первая ВЭС, включенная в электросеть Хийумаа, находится на мысе Тахкуна. Эта ВЭС изготовлена в Дании и имеет мощность 150 КВт. Диаметр ветрового колеса - 22 метра. Дания покрыла 86% стоимости установки. За первый год эксплуатации ВЭС выработала 284 МВт.час электроэнергии, причем коэффициент использования номинальной мощности составил 22%. Этот результат показал, что применение ВЭС себя оправдывает. Из вышеизложенного можно сделать выводы:

1. Строительство современных мощных ВЭС на островах и прибрежных зонах позволит создать конкуренцию сланцевым электростанциям и способствовать сдерживанию роста цены электроэнергии.

2. ВЭС следует строить группами, включенными в энергосистему. Тем самым они будут повышать надежность электроснабжения потребителей, уменьшать потери электроэнергии в сетях и уменьшать загрязнение окружающей среды сланцевыми электростанциями.

3. Строительство ВЭС позволит решать социальные проблемы, создавая новые рабочие места на островах и прибрежной зоне.

4. Под руководством Министерства экономики следует разработать оптимальный план развития ветроэнергетики до 2010 года.