Вітряна вітряна енергетика

Фото Ігоря Константинова.

Промислова вітрова електростанція, побудована в 1931 році в Криму, спроектована в ЦАГІ і була на той момент найбільшою в світі - її потужність 100 кВт. Під час Великої Вітчизняної війни вона була зруйнована.

Темпи зростання встановлених потужностей вітроелектростанцій.

Зростання встановлених потужностей вітроелектростанцій за ключовими регіонами. Джерело: Global Wind Energy Council.

Висота деяких вітрогенераторів досягає сотень метрів. На фото: установка однієї з турбін вітропарку Ведмежа Гора (Bear Moun-tain) в провінції Британська Колумбія в Канаді. Одна така вітроустановка забезпечує електроенергією 300 домогосподарств.

Офшорний вітропарк в Данії поблизу Копенгагена. Розміщення вітрогенераторів в море - непогане рішення проблеми нестачі площ для будівництва потужних вітроелектростанцій. Крім того, завдяки морському бризу вітряки працюють 97% часу.

Рівень шуму від різних джерел. Джерело: Єрмоленко Б. В., Єрмоленко Г. В., Риженков М. А. Екологічні аспекти вітроенергетики // Теплоенергетика, 2011, № 11.

Річна оцінка смертності птахів в Європі. Джерело: European Wind Energy Association, 2010 року.

<

>

Вітер відносять до поновлюваних, або альтернативним, джерел енергії. Його переваги очевидні: вітер дме завжди і всюди, його не треба «добувати». Загальні запаси енергії вітру в світі оцінені в 170 трлн кВт · год, або 170 тис. Терават-годин (ТВт · год), в рік, що у вісім разів перевищує нинішнє світове споживання електроенергії. Тобто теоретично все електропостачання в світі можна було б забезпечити виключно за рахунок енергії вітру. А якщо згадати, що її використання не забруднює атмосферу, гідросферу і грунт, то це джерело енергії і зовсім здається ідеальним. Але, на жаль, все має зворотний бік, і вітроенергетика не виняток.

Використання енергії вітру - давня історія: скільки років вітряних млинів і вітрильним судам? Та й вітроелектростанції почали будувати ще в початку минулого століття. Слід зазначити, що одним з лідерів в цій області в 1930-1950-і роки був Радянський Союз. У далекому 1931 році в Криму, біля Балаклави, була введена в експлуатацію вітроелектростанція, яка працювала до 1941 року. Під час боїв за Севастополь вона була повністю зруйнована. Опорну конструкцію вітродвигуна (щоглу) побудували за проектом Володимира Григоровича Шухова. Вітроагрегат з колесом діаметром 30 м і генератором в 100 кВт був на той період найпотужнішим у світі. Вітроагрегати в Данії і Німеччини того часу мали діаметр колеса до 24 м, а їх потужність не перевищувала 50-70 кВт.

У 1950-1955 роках в СРСР вироблялося 9000 вітроустановок на рік. Під час освоєння цілини в Казахстані була побудована перша багатоагрегатного вітроелектростанція, що працювала в парі з дизельним двигуном, загальною потужністю 400 кВт, що стала прообразом сучасних європейських вітропарків і систем «вітро-дизель». Цікавий факт наводиться в автобіографічній трилогії чукотського письменника Юрія Ритхеу «Час танення снігів». У його рідному стійбище Улак електричне освітлення з'явилося в кінці 1930-х років саме завдяки вітродвигун, який забезпечував електроенергією і сусідню полярну станцію.

Проте активний розвиток вітро-енергетики в світі почалося лише в 70-і роки минулого століття. Передумовами до нього стали загострилися екологічні проблеми (забруднення атмосфери через роботу ТЕС, кислотні дощі і т.д.) в поєднанні зі зростанням цін на нафту і бажанням послабити залежність західних країн від поставок вуглеводнів з СРСР і країн третього світу. Нафтова криза 1973-1974 років дав додатковий стимул вітроенергетики і вивів питання про її розвитку на державно-політичний рівень.

Проте ставлення до вітроенергетики було (і залишається) неоднозначним, - поряд з ентузіазмом були присутні скепсис і невдоволення, в тому числі, як не дивно, пов'язані з екологічними аспектами. Ось один із прикладів того, що писала з цього приводу зарубіжна преса в 1994 році: «Виникають і неприємні парадоксальні ситуації, коли люди незадоволені будівництвом вітрових станцій і часто блокують їх саме з екологічних міркувань - групи станцій створюють шумовий і візуальне забруднення місцевості».

Подібні претензії до вітроустановки звучали, наприклад, в Нідерландах, де вітростанції, на думку громадськості, порушували традиційний вигляд території, та й розміщувати тисячі турбін в країні з високою щільністю населення, на думку критиків, ніде.

З тих пір загальна встановлена ​​потужність вітроелектростанцій в світі виросла в 60-75 разів. З'явилися величезні конструкції, підняті на висоту в сотні метрів. Потужності окремих вітрогенераторів досягають декількох мегават, гігаватного ветропарки порівнянні з найбільшими об'єктами «традиційної» енергетики - теплової, атомної та гідроенергетики.

У 2012 році встановлена ​​потужність вітроелектростанцій в світі досягла 282 ГВт, що перевищує сумарну потужність всіх електростанцій Росії і порівняти з потужністю всіх АЕС на планеті. Однак дають вони тільки близько 2,4% всієї світової електроенергії, хоча в окремих європейських країнах, наприклад в Данії або Іспанії, їх частка наближається до 20%. Тобто вітроенергетика так і не стала переважаючою в загальній системі вироблення електроенергії в світі. Та й на всі інші поновлювані нетрадиційні джерела енергії, включаючи енергію припливів і відливів, сонця, геотермальну енергію, довелося всього 3,7%.

Після кількох десятиліть зростання, потужної інформаційної та фінансової підтримки відновлюваної енергетики картина могла б бути і більш вражаючою. Адже в Європі і США виробники «зеленої» енергії підтримуються на державному рівні. Зокрема, в портфелі енергозбутових компаній повинна бути обов'язкова частка енергії поновлюваних джерел - тільки в цьому випадку гарантується збут. До того ж у багатьох країнах для виробників відновлюваної енергії діють податкові пільги. Тим часом після бурхливого зростання числа вітрових генераторів енергії в останні півтора десятиліття відзначається його деяке уповільнення: у 2011-2012 роках темпи введення в експлуатацію встановлених потужностей Вітроенергостанції були найнижчими за останні 16 років.

Особливо це помітно в Європі. Можливо, подібне уповільнення пов'язане з вибухнула економічною кризою, але ймовірна і інша причина - територіальні «ресурси» Старого Світу близькі до вичерпання, тобто вітроенергоустановки в Європі вже просто ніде будувати. За даними агентства Bloomberg New Energy Finance, в 2012 році інвестиції у відновлювану енергетику в світі в цілому скоротилися на 11%, при цьому вони продовжували рости в азіатських країнах. Слід додати, що 15 років тому більше половини всіх вітроенергетичних потужностей світу доводилося на США, потім різко вирвалася вперед Європа, і в останні роки лідерство захопив Китай.

Добре, так недешево

Вітроелектростанції явно відстають від АЕС і ГЕС за коефіцієнтом використання встановленої потужності. Якщо для АЕС він становить 84%, для ГЕС - 42%, то для вітроелектростанцій - лише 20%, що обумовлено характером самого джерела енергії: вітер дме з достатньою силою далеко не завжди. Тобто вітроелектростанції в 2-4 рази менш продуктивні, ніж електростанції традиційних типів, і для отримання такої ж кількості електроенергії їх треба побудувати в 2-4 рази більше. Це додаткові площі і матеріали, а значить, більший екологічний збиток (в чому б він не полягав) в перерахунку на кіловат виробленої електроенергії.

За інформацією Російської асоціації ветроіндустріі (Раві), металоємність сучасного вітрогенератора потужністю 3 МВт досягає 350 тонн. Якщо ТЕС в 1 ГВт вимагає площі близько кількох гектарів, то під вітропарк такої ж потужності доводиться відводити вже тисячі гектарів. І хоча на території вітропарку можна вести й іншу господарську діяльність і навіть жити, в дію вступають відносини власності - потрібно викуп або оренда великої ділянки землі.

Вартість будівництва вітроелектростанції порядку 1500-2000 доларів на 1 кВт встановленої потужності, що можна порівняти з витратами на будівництво АЕС і в кілька разів вище інвестиційних витрат на будівництво ТЕС. Агрегати високої потужності - з великою висотою щогли і великим діаметром лопатей, що працюють в умовах сильних вітрів і морозів, потребують підвищеної надійності, а значить, вимагають додаткових витрат на будівництво і обслуговування.

Собівартість 1 кВт електроенергії, виробленої на вітроелектростанції, теж в реальності не дорівнює нулю. Європейський досвід показує, що сумарні експлуатаційні витрати 0,6-1 євроцент на 1 кВт · год, а для машин з терміном експлуатації понад 10 років витрати зростають до 1,5-2 євроцента на 1 кВт · год. Відповідно це 24-40 і 60-80 копійок на 1 кВт · год. Для порівняння, витрати на вироблення 1 кВт · год на ГЕС і АЕС - порядку декількох копійок, на ТЕС - при нинішньому рівні цін на вуглеводні - близько 1 руб. / КВт · год.

Так що про «возобновляемости» тих чи інших джерел енергії доводиться говорити з великою часткою умовності. Адже на створення енергетичних об'єктів, що використовують ці джерела, доводиться витрачати невідновлювані матеріали (зокрема, метали), видобуток і обробка яких далеко не завжди екологічно бездоганні.

Що стосується розвитку великомасштабної вітроенергетики, то воно гальмується насамперед через згадані вище високою металоємності, складності конструкцій вітроенергоустановок, потреби у великих площах, низької продуктивності і недостатньою стабільності роботи. Крім того, під загрозою можуть опинитися такі стимули розвитку вітроенергетики, як вичерпання запасів вуглеводневої сировини і антропогенне потепління клімату. Є багато даних, що запаси вуглеводнів великі, а роль людини в глобальну зміну клімату, та й сама зміна клімату - питання дискусійні.

Проте вітер, як і інші альтернативні джерела відновлюваної енергії, залишається відносно перспективним. Правда, за прогнозами фахівців, в найближчі десятиліття «першу скрипку» в світовій альтернативній енергетиці почне грати сонячна, а не вітряна енергія. Переваги сонячної енергетики зрозумілі - це в перспективі більш компактні і менш матеріаломісткі системи, а сонце - відносно стабільний і передбачуваний джерело енергії.

Вітряками - по екології?

Екологи пред'являють чимало претензій до вітроенергетики. Це створювані при роботі лопатей шум, інфразвукові коливання і вібрації, негативно діють на людей, техніку і тварин. Вітряки не просто порушують звичні, милі оку краєвиди, величезні обертові лопаті впливають на психіку людини. В районі вітропарків перестають селитися тварини і птахи. Є ризики, пов'язані з відривом лопатей і іншими аваріями на великих вітроелектростанціях. Крім того, при роботі безлічі вітрогенераторів на великих площах можливо локальне зниження сили і зміна конфігурації вітрів. Додаткову проблему створює необхідність утилізації лопатей, що вичерпали свій ресурс.

Які з цих недоліків і ризиків уявні і які реальні, підказує двадцятирічний досвід використання енергії вітру в густонаселеній Європі. Так, не підтверджуються побоювання, пов'язані з інфразвуком і роботою лопатей, - про це говорять проведені оцінки рівня шуму і смертності птахів, з яких видно, що шум на відстані 350 м від вітростанції лише трохи перевищує фоновий. А кількість птахів, загиблих від зіткнення з вітряками, в три з половиною тисячі разів менше, ніж, наприклад, від зустрічі з кішками.

Звичайно, в таких оцінках є нюанс: багато що залежить від числа вітроелектростанцій. При нинішній кількості збиток дійсно мінімальний, але що станеться, якщо вітроагрегатів стане значно більше?

Крім того, при порівняльній оцінці кількості гинуть птахів треба враховувати, про які види йде мова. Кішки полюють на горобиних, а при зіткненнях з вітроклектростанціями на досить великих висотах можуть гинути більш рідкісні і цінні види пернатих. Не слід скидати з рахунків і порушення міграційних маршрутів птахів.

Проте сумарний екологічний збиток від вітроенергетики істотно нижче в порівнянні з «традиційними» способами генерації енергії. В Європі зовнішній негативний соціально-екологічний ефект * на 1 кВт · год виробленої електроенергії оцінений в 0,15 цента для вітроенергетики, 1,1 цента - для газових ТЕС і 2,5 цента - для вугільних.

Виняток становить проблема утилізації лопатей вітрогенераторів, виконаних з композитних матеріалів. Справа в тому, що термін служби лопатей 20-25 років і перші з побудованих вже близькі до вироблення ресурсу. Особливо гостро з цією проблемою доведеться зіткнутися вже в 2020 році, коли загальна маса відпрацьованих лопатей в світі складе 50 000 тонн, а до 2035 року зросте до 200 000 тон.

На даний момент використовуються два основні способи утилізації лопатей, зроблених зі склопластику: механічний і термічний. Перший метод передбачає механічне подрібнення волокон і гранул, що становлять композитний матеріал лопатей, які потім використовують в якості сировини для виробництва низькосортної продукції. Однак в більшості випадків виробили ресурс турбіни піддають термічній обробці, тобто спалюють. Це явно «антіекологічний» спосіб утилізації, який тим більше абсурдно виглядає на тлі заяв про «екологічно чистої» вітроенергетики. При цьому зольність спалюваного маси (частка негорючого неорганічного залишку в загальній масі матеріалу) близько 60% і утворюється зола вимагає поховання.

Фахівці РХТУ ім. Д. І. Менделєєва вважають, що для переробки лопатей більш перспективний піроліз (нагрівання без доступу кисню при 500 ° С). Отримані речовини (піролізат) можна використовувати для виробництва піноскла і склоблоків, а що утворюється при піролізі газ спалювати для отримання електроенергії.

російські перспективи

В даний час сумарні встановлені потужності вітроенергоустановок в Росії не перевищують декількох десятків мегават, а частка вітроенергетики в загальному обсязі виробництва електроенергії незначна. У той же час реалізуються кілька великих проектів, перш за все в степових районах півдня країни і прибережних зонах. Ймовірно, в найближчі роки ситуація з вітроенергетикою може помітно змінитися.

Великі простору, порівняно низька щільність населення і господарських об'єктів істотно знижують екологічні ризики роботи ВЕС в Росії в порівнянні з європейськими країнами. Одночасно великі відстані і слабо розвинена транспортна інфраструктура ускладнюють розвиток вітроенергетики і створюють додаткові труднощі в обслуговуванні вітроагрегатів та вітростанцій.

Інша, досить очевидна причина слабкого розвитку вітроенергетики в Росії - наявність великих запасів вуглеводнів, більш дешевого енергетичної сировини. Як згадувалося вище, відкриття і розробка великих родовищ нафти і газу позбавили СРСР, який був колись одним зі світових лідерів у вітроенергетиці, стимулів розвитку в цій галузі. Проте поширена думка, що нам не потрібна альтернативна енергетика (і вітроенергетика, зокрема), не має під собою підстав. Нафтогазова достаток нашої країни не варто перебільшувати, а нинішній рівень енергоозброєності недостатній для повноцінного соціально-економічного розвитку, що вимагає пошуку нових джерел енергії. Російські споживачі стикаються з дорожнечею підключення до енергомереж, і для них вигідніше використовувати місцеві відновлювані ресурси, в тому числі енергію вітру. Крім того, більше 70% території нашої країни, на якій проживає близько 20 млн чоловік, знаходиться поза системою централізованого енергопостачання.

Не можна скидати з рахунків, що наша країна має найбільшу в світі вітроенергетичний потенціал - близько 40 млрд кВт · год електроенергії на рік. А це означає, що експлуатація великих і особливо малих вітроенергоустановок на величезних російських просторах могла б бути ефективнішою. Райони Російського Півночі, і зокрема Обская губа, Кольський півострів, більша частина прибережної смуги Далекого Сходу, по світовій класифікації належать до найбільш вітряним зонам. Середньорічна швидкість вітру на висотах 50-100 м, для яких виробляються сучасні вітроагрегати, становить 11-12 м / с, що вдвічі перевищує так званий економічний поріг вітроенергетики, пов'язаний з окупністю ВЕС.

Коментарі до статті

* Додаткові прямі і непрямі витрати, які доводиться нести державі, іншим господарюючим суб'єктам, людям через діяльність даного підприємства, наприклад на очистку води та повітря, на лікування і т.д. Зрозуміло, такі підрахунки навряд чи можуть бути дуже точними, і існує простір для спекуляцій в ту чи іншу сторону.