16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/264/840413.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 04 (264) февраль 2015 года

Деньги на ветер

Энергетика: тенденции и перспективы К. т. н. Михаил БОЖКОВ, доцент кафедры электротехники, электроэнергетики и электромеханики Горного института

В последнее время активно обсуждается тема использования ветровых электроэнергетических установок (ВЭУ). Речь идет о том, сколько процентов составляют ВЭУ в общей выработке, каковы их установленная мощность, объем инвестиций, как поддерживается спрос на ВЭУ, сколько домовладений можно обеспечить чистой энергией.

Но, к сожалению, практически нет аналитики по условиям монтажа и проблемам эксплуатации таких объектов. А ведь себестоимость электроэнергии от таких источников может быть более чем в пятьдесят раз выше, чем в единой энергосистеме.

В данной статье изложены результаты исследований на действующей ВЭУ мощностью 10 кВт, на основе которых можно сделать выводы о целесообразности инвестиций в ветроэнергетику (в сборе данных мне помогал студент-дипломник А. Ахметов).

Объектом исследования была выбрана система электроснабжения коттеджа с хозяйственными постройками в садоводческом товариществе «Карьер Мяглово» Всеволожского района Ленинградской области.



Собственная энергия

С конца 1990-х годов в курортной зоне Ленинградской области возникли диспропорции между спросом на мощность и возможностями «Ленэнерго» по своевременной реализации этого спроса. В связи с этим было пониженное напряжение на вводах в дома сельских жителей и садоводов.

Домовладельцы устанавливали различные устройства по стабилизации напряжения и пытались использовать альтернативные источники энергии. В частности, на исследуемом объекте находятся: ВЭУ Hummer 10 кВт; солнечные фотоэлектрические модули (ФЭМ) компании «Санвейс» (десять штук по 250 Вт); тепловой насос компании РефкомRFM; газовая электростанция SDMORES-13 с однофазным генератором 12 кВт, стабилизаторы напряжения на вводе от энергосистемы. В домовладении реализован вариант внесетевой ветро-солнечной системы, интегрированной в общий энергокомплекс.

Суть работы энергокомплекса сводится к принципу «общего котла»: энергия всех источников запасается в общей аккумуляторной емкости, а затем раздается потребителям. Заряд аккумуляторных батарей (АКБ) и питание потребителей осуществляются по определенным правилам. Ключевыми элементами энергокомплекса являются АКБ и общая шина, к которой подключаются все источники энергии и все нагрузки.

В приоритете ВЭУ и ФЭМ. Эти источники энергии задействованы всегда, кроме исключительных случаев (ураган или штиль, диагностика и т. п.). Излишки энергии от них при заряженной АКБ сбрасываются на балластную нагрузку. Среднее потребление электроэнергии составляет 4800 кВт-ч в месяц.

Если наступает ситуация, когда энергии солнца и ветра недостаточно, в энергосистеме авария, а АКБ разряжены, то включается газовая электростанция. Она заряжает АКБ посредством тех же зарядных устройств (ЗУ), которыми «пользуется» сеть. Таким образом, ЗУ заряжают АКБ или от сети, или от газовой электростанции. Нагрузки подключены к АКБ посредством инвертора мощностью 10 кВт.

ВЭУ представляет собой мачту с установленной на ней поворотной гондолой и трехлопастной турбиной. Высота мачты 20 метров, диаметр лопастей 8 метров. Мачта является полой конструкцией, состоящей из четырех сегментов, по 5 метров каждая. В поперечном сечении это правильный двенадцатиугольник (верхняя секция – шестиугольник). В основаниях секций приварены фланцы, усиленные косынками. Толщина стенок мачты составляет 10 миллиметров, косынок – 13 миллиметров и оснований – 25 миллиметров. Вес мачты в сборе с генератором – около трех тонн.

В фундамент при заливке была установлена цилиндрическая сваренная конструкция из восемнадцати двухметровых шпилек М27, для последующего крепления мачты, а также заложены все необходимые кабели для подключения ветроустановки. Масса фундамента составила 16 тонн (6 кубометров). Следует сразу обратить внимание, что, по нашим подсчетам, на создание стальной трехтонной конструкции и шестнадцатитонного железобетонного фундамента было затрачено всех видов энергоресурсов (начиная с добычи полезных ископаемых и до установки готового изделия на месте) около 10 тонн условного топлива или 30 000 кВт-ч электроэнергии.

Ветроустановка управляется промышленным котроллером SiemensSimaticS7–200. Контроллер обрабатывает сигналы с анемометра и датчика направления ветра, установленных на гондоле, и на основании этих данных управляет положением самой гондолы. Отчетные данные хранятся в течение трех месяцев. По этим данным был построен график зависимости выработки ВЭУ от скорости ветра за период с 15 марта по 13 апреля 2014 года.

В наблюдаемый период максимум вырабатываемой мощности был зафиксирован 5 апреля 2014 года с 18:00 до 21:00 и составил 3,76 кВт при скорости ветра 7,3 м / с, то есть 38 процентов от номинальной мощности. За наблюдаемый период было зафиксировано еще два всплеска мощности, превышающих 2 кВт (20 процентов от номинальной мощности). Выработка электроэнергии за 30 дней составила 68 кВт-ч, а средняя мощность – 0,28 кВт, или 2,8 процента от номинальной мощности. Может быть, наблюдаемый период был маловетреным совершенно случайно?




Используя зависимость на рис. 1, мы определили гарантируемые фирмой значения мощности в характерных точках, соответствующих экспериментальным скоростям ветра. При скорости до 3 м / с данные полностью совпадают, а при скорости 4, 5, и 6 м / с экспериментальные данные практически совпали с данными завода-изготовителя. Таким образом, мы убедились, что реальные данные, полученные с ветроустановки, соответствуют заявленным производителем, представленным на рис. 1.


рис. 1

Для сопоставления экспериментальных данных о скорости ветра с фактическими мы воспользовались архивными данными ближайшей метеостанции в Ленинградской области, поселок Воейково, находящейся в 10 километрах от ВЭУ. Результаты эксперимента практически совпадают с архивными данными, среднеквадратическое отклонение не превышает 11 процентов.

По архивным данным метеостанции за 2013 год мы рассчитали годовую выработку электроэнергии. Суммарная выработка ВЭУ составила 1083 кВт-ч в год. Среднее значение мощности Pср = 0,14 кВт, или 1,4 процента от Pном. Число часов использования максимума мощности ВЭУ, Тм = 108 часов. При таком малом использовании мощности, конечно, ВЭУ – очень дорогое удовольствие. Капитальные затраты на ВЭУ в тысячах рублей по данным владельца составили 1850, в том числе: ветроустановка (включая монтаж) – 1000; шкаф управления (ШУ) – 200; АКБ – 500; ЗУ – 150. Издержки на амортизацию определили как величину, обратную нормативному сроку службы оборудования по данным фирм-производителей (лет): ВЭУ – 20; АКБ – 6,5; ЗУ – 15; ШУ –15, они составили 141 тысячу рублей в год. Издержки на ремонт и обслуживание были определены путем анализа затрат по результатам двухлетней эксплуатации – 38 тысяч рублей в год. Суммарные годовые издержки на производство электроэнергии – 179 тысяч рублей в год.

Расчет потерь электроэнергии выполнен по паспортным данным о КПД электроустановок: ШУ – 0,98; АКБ – 0,94; ЗУ – 0,95; инвертор (в составе ВУ) – 0,9. Итого потери электроэнергии на двойное преобразование и аккумулирование составили 20 процентов. То есть фактически полезный отпуск электроэнергии от ВЭУ равен 866 кВт-ч в год при выработке 1083 кВт-ч в год. Себестоимость выработки электроэнергии ВЭУ в данном домо­владении составляет 207 рублей за кВт-ч, это в 65 раз дороже, чем от энергосистемы.

Апологеты ветроэнергетики в таких случаях выдвигают аргумент о сокращении выбросов СО2. Например, академик РАН Э. Э. Шпильрайн на сайте rosteplo.ru пишет: «При мощности 500 кВт и при 2000 часов в год использования установленной мощности будь то ВЭУ, солнечная фотоэлектрическая установка (ФЭУ), малая ГЭС, вырабатывают 1 миллион кВт-ч электроэнергии и тем самым предотвращают по сравнению с угольной электростанцией той же мощности эмиссию около 1000 тонн СО2».



Польза и вред

Учитывая, что мировая выработка электроэнергии на ВИЭ до сих пор ничтожно мала, на создание ВЭУ затрачиваются традиционные энергоресурсы: уголь, газ, дизтопливо и произведенная на ТЭС электроэнергия. В начале статьи было отмечено, что на создание ВЭУ 10 кВт израсходовано 10 тонн условного топлива, или 30 000 кВт-ч электроэнергии. При полезном отпуске 866 кВт-ч в год нашему ветряку надо работать 35 лет без поломок, чтобы вернуть те энергоресурсы, которые на него были затрачены. При сроке службы 20 лет получается не экономия выбросов СО2, а, наоборот, их увеличение по сравнению с тепловой энергетикой.

Второй аргумент апологетов заключается в правильном выборе места установки ВЭУ, в предварительном мониторинге скорости ветра. Возьмем, например, Зеленоградскую (правильно выбранную) ВЭУ в Калининградской области мощностью 5 МВт. Она работает с Тм = 450 ч / год (на конец 2010 года 6 ВУ № 2, 7, 11, 14, 18, 21 находились в ремонте). Возможно, себестоимость генерации у них ниже 200 рублей за кВт-ч, поскольку она им досталась бесплатно за счет гранта правительства Дании. Или пример из Википедии: «Установленная мощность Ана́дырьской ВЭС на 1 января 2011 года составляла 2,5 МВт, первые три года ветростанция отпускала свои 3 миллиона кВт-ч в год, а затем, из‑за поломок, снизила выработку до 1 миллиона кВт-ч в год; в 2011 году – менее 0,2 миллиона кВт-ч». При такой выработке у них Тм = 80 ч / год, это даже хуже нашего ветряка.

Но возникает вопрос: за что Дания так полюбила Россию, почему страна – флагман ветроэнергетики демонтирует свои ВЭУ и дарит другим или продает за полцены? Купленная за полцены Башкирская ВЭУ 4Х 550 кВт у второго флагмана – Германии в 2002‑2003 годах выработала 2,5 миллиона кВт-ч. При этом коэффициент использования установленной мощности составил 6,4 процента. Столь малая выработка связана с многочисленными поломками отдельных узлов, заводскими дефектами и конструктивными недостатками ВЭУ (из четырех ВЭУ одна всегда, а временами и две находятся в ремонте). Приведем некоторые проблемы эксплуатации Башкирской ВЭУ:

• во время эксплуатации часто происходят износ тормозных колодок и даже вырывание их из посадочных мест и повреждение самих тормозов;

• требуется замена гидравлических шлангов внутри лопастей;

• возникают поломки тормозных муфт для системы разворота гондолы по азимуту и валов редукторов в той же системе;

• существуют проблемы с системой гидравлики, которая плохо работает при температурах ниже минус 5°С;

• при колебаниях гондолы относительно башни возникают поперечные нагрузки на поршень гидроцилиндра тормоза системы разворота гондолы, вызывающие заглубление рабочей поверхности боковых стенок поршня и гидроцилиндра, гидроцилиндры при отрицательной температуре постепенно начинают течь;

• тормозные колодки, изготовленные в Германии, исчерпывают свой ресурс за два года;

• отечественный материал «ферродо» тормозных колодок плохо выдерживает нагрузки на высоких оборотах, что приводит к быстрому истиранию слоев (примерно через 1 месяц);

• алюминиевые заклепки при нагреве становятся вязкими, и алюминий налипает на тормозной диск, то есть диск становится шероховатым, что опять приводит к быстрому износу колодок.

Есть еще проблемы, связанные с иглообразным графиком скорости и переменчивости направления ветра, привод поворота гондолы запаздывает и ВЭУ не выходит на максимальную эффективность. В Европе регулярно возникают разрушительные ураганы типа «Ксавье» в декабре 2013 года или урагана «Гонсало» в октябре 2014 года. Кроме того, известны катастрофические последствия на промышленных объектах, на транспорте, количество жертв, но ни одной строки о последствиях на ветроустановках. Создается впечатление, что эта тема запрещена, чтобы не снижался спрос на ветроэнергетическую продукцию европейских фирм.

Полагаю, по совокупности эксплуатационных проблем Литва охотно продала свою крупнейшую в Прибалтике ВЭС по бросовой цене нашему «Интер РАО».



Чья выгода?

Настораживает намерение Республики Калмыкия построить 17 новых ВЭУ общей мощностью 51 МВт (см. Российско-Европейский научно-практический журнал «Энергетическая эффективность» № 4 за 2014 год). Инвестировать в проект будет чешская Falcon Capital при участии немецкого Ландесбанка (Landesbank Berlin AG) под гарантированное возмещение затрат в течение 15 лет с базовой доходностью 14 процентов годовых. Общий объем инвестиций в проект составит 266 миллионов евро, на первом этапе – свыше 60 миллионов евро. Авторы проекта утверждают, что срок окупаемости не превысит 15 лет. То, что этот проект выгоден для чехов и немцев, не вызывает сомнения, а какова выгода Республики Калмыкия? Возврат по кредитам составит (в миллионах евро в год) – 37; амортизация – 13; техническое обслуживание – 2,5; затраты на ремонт – 3; итого 55,5 миллиона евро в год или, по нынешнему курсу, более 4 миллиардов рублей в год. Даже если эта ВЭС будет работать как лучшие мировые образцы с Тм = 2500 часов, она будет генерировать 125 миллионов кВт-ч в год, а минимальная себестоимость получится 32 руб. / кВт-ч. И это без учета миллиарда рублей на технологическое присоединение к сетям «Калмэнерго». Кто будет покупать электроэнергию по двадцатикратной цене? Какие дополнительные убытки будет нести энергосистема Юга РФ для поддержания энергобаланса при резкопеременном графике генерации ВЭС? Что, строительство в Калмыкии ПГУ (или ГТУ) на собственном или астраханском газе экономически не эффективно?

Мне могут опять говорить про сокращение выбросов СО2, но давайте вспомним, что ВЭУ 51 МВт – это более 1500 железнодорожных вагонов со стальными конструкциями, сыпучими материалами и оборудованием с суммарной энергоемкостью около 300 миллионов кВт-ч. А учитывая опыт Анадырьской, Башкирской, Зеленоградской и нашей ВЭУ, можно предположить, что суммарная генерация Калмыцкой ВЭС вряд ли превысит расход электроэнергии на ее создание.

По строительству ВИЭ дальше всех на постсоветском пространстве продвинулась Украина. Только в Крыму установленная мощность ВЭС составляет 88 МВт. Сколько энергоресурсов было затрачено в Крыму на создание ВЭУ-88 МВт и почему сегодня все ВЭУ простаивают в ожидании демонтажа?

Одним из самых заинтересованных лиц в рачительном использовании энергоресурсов Крыма сегодня является председатель Законодательного собрания Севастополя Алексей Чалый, который сказал: «Создание станций альтернативной энергетики – это ерунда. Это та энергетика, которая дает энергию, когда может, а не когда нужно. Пока ее технологический уровень таков, что она не конкурентоспособна, тем более когда в Крыму есть свой газ».

Примерно такого же мнения и глава Комитета Государственной Думы по энергетике Иван Грачев: «В Крыму надо строить локальную генерацию на собственном газе – там, где можно быстро сделать не очень большие мощности – стационарные, скромные, распределенные, небольшие, но на собственном газе…»

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 04 (264) февраль 2015 года:

  • МРСК Центра и Приволжья готовится заряжать автомобили
    МРСК Центра и Приволжья готовится заряжать автомобили

    МРСК Центра и Приволжья разработает проект интеллектуальной системы энергоснабжения станций экспресс-зарядки электромобилей. ...

  • Релейщики подведут итоги

    ЧТО: Научно-технический семинар по итогам XLV сессии СИГРЭ (Международного совета по большим электрическим системам высокого напряжения). ГДЕ: Москва, ОАО «СО ЕЭС». КОГДА: 30 марта 2015 года....

  • Штурман прокладывает курс
    Штурман прокладывает курс

    Могучая эскадра, объединившая крупнейшие энергетические компании КНР, достигла желанной цели – готовых к сотрудничеству обширных рынков Российской Федерации и других стран СНГ. ...

  • «Фукусима» разогрела спрос на уголь
    «Фукусима» разогрела спрос на уголь

    Крупнейшие компании Японии готовы к расширению закупок российского каменного угля, добываемого в Сибири и на Дальнем Востоке. ...

  • В Риге состоялась встреча министров энергетики ЕС
    В Риге состоялась встреча министров энергетики ЕС

    Для обеспечения энергетической безопасности Европейскому Союзу необходимы сбалансированные отношения с Россией, а также диверсификация источников поставок углеводородов. Такое мнение высказал заместитель главы Еврокомиссии по энергетическому союзу Марош Шефчович на встрече министров энергетики стран ЕС, прошедшей 6 февраля в столице Латвии. Господин Шефчович напомнил, что ежегодно на энергоресурсы в ЕС расходуется несколько сотен милли...