2015-05-05
1381
Энергетический кризис 1973 г. стал той точкой отсчета, после которой началось интенсивное развитие возобновляемых источников энергии вообще и ветроэнергетики в частности.
Уже в 1974 г. во многих промышленно развитых странах мира стали разрабатываться и приниматься государственные многолетние программы исследований, разработок и использования возобновляемых источников энергии.
Целью пятилетней программы ERDA (США), принятой в 1974 г., являлась разработка экономически выгодных конструкций ветроэлектростанций (ВЭС) большой мощности, предназначенных для параллельной работы с сетями действующих энергосистем. Ассигнования на выполнение программы с 1979 г. составили 147,6 млн. долл.
Первым регионом массового строительства ВЭС (ветроферм) стал штат Калифорния. Бюджетные дотации на ввод в действие новых мощностей и налоговые льготы обеспечили строительный бум. В 1982-86 гг. Калифорния превратилась во всемирный центр ветроэнергетики. Примерно 95% всех выпускаемых в мире ВЭС в тот период устанавливались в Калифорнии. Несмотря на большие объемы выполненных работ и средств, вложенных в создание ВЭС мегаваттного класса, начинать массовое применение пришлось с установок мощностью 20-100 кВт.
Строительный бум завершился в 1986 г., когда прекратилось действие льгот на вновь вводимые мощности и изменились условия заключения контрактов на поставку: с 1987 г. контракты стали заключаться при ценах 700-1000 долл/кВт, а ранее ВЭС поставлялись по цене 1500-2000 долл/кВт.
После кратковременного спада строительство ВЭС в Калифорнии возобновилось, и в 1993 г. в США работали ВЭС общей установленной мощностью 2,4 млн. кВт.
На начальной стадии эксплуатации производство электроэнергии от ВЭС в Калифорнии было убыточным: в 1982 г. себестоимость электроэнергии составляла 30 цент/кВт.ч, в 1986 г. - 12 цент/кВт.ч, а в 1994 г. был достигнут важный рубеж снижения себестоимости лучших ВЭС до 5 цент/кВт.ч., при котором ВЭС становятся рентабельными по сравнению с АЭС и электростанциями, работающими на угле.
Успехи ветроэнергетики в США стимулировали ее развитие и в Европе, где первоначально (80-е годы) наибольших успехов добилась Дания. Здесь еще в конце 19 века впервые в мире создали ветроустановку для выработки электроэнергии, а в последней четверти 20 века на ее долю приходилось 45 % мирового экспорта ветроэнергетических установок (ВЭУ). В области использования энергии ветра Дания продолжает оставаться страной-лидером и хотя по объему выработки электроэнергии на ВЭС и установленной мощности ВЭС ее далеко обошли Германия, Испания и США, только в Дании ветровая энергия обеспечивает 18 % годового электропотребления.
Здесь разработана и введена в действие система налоговых льгот производителям ВЭС, субсидируется подключение ВЭС к сети, предоставляются льготные кредиты на строительство, гарантируется прием электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, по утвержденным правительством ценам.
Датские фирмы Vestas, Micon и Nordex контролируют более 1/3 мирового рынка сетевых ВЭС, и в значительной степени определяют уровень мировой ветроэнергетики (рис. 11.1.).
Общее состояние в мире характеризуется табл. 11.1, охватывающей развитие ветроэнергетики в различных странах и в мире на рубеже 21 века. Суммарная мощность ветроустановок (ВЭУ) достигла 24000 МВт. Страна-лидер в ветроэнергетике – США – потеряла свои позиции, и на первое место вышла Германия, в которой общая установленная мощность ВЭУ в 2001 г. составила 8, 754 ГВт. На второе место в мире вышла Испания с установленной мощностью 3,337 ГВт, США оказались на третьем месте 2,525 ГВт), Дания - на четвертом (2, 417 ГВт), Индия - на пятом (1, 248 ГВт). По данным Европейской Ветроэнергетической Ассоциации в 2001 г. был поставлен рекорд прироста установленной мощности. Он составил за год 4497 МВт, т.е. 35% к предыдущему году.
Таблица 11.1
Установленная мощность ветроустановок, подключенных
к электрическим сетям в странах мира, МВт
| Страны | Годы | ||||||
| Дания | |||||||
| Германия | |||||||
| Греция | - | ||||||
| Италия | - | ||||||
| Нидерланды | - | ||||||
| Испания | - | ||||||
| Швеция | |||||||
| Англия | - | ||||||
| Финляндия | - | - | 6,4 | 17,4 | |||
| Ирландия | - | - | |||||
| Португалия | - | ||||||
| Россия | - | - | - | 4,15 | 4,35 | ||
| Европа всего | |||||||
| Канада | - | ||||||
| Коста-Рика | - | - | |||||
| США | |||||||
| Китай | - | - | |||||
| Индия | - | ||||||
| Япония | - | ||||||
| Всего в мире* | |||||||
| *В строках «всего» учтены ветроустановки стран, не указанных в таблице, суммарная мощность которых в 1996 г. составляла менее 10 МВт. |
Рис. 11.1. Ветроагрегат мощностью 750 кВт фирмы Nordex
В самом конце прошлого века (1999 г.) Мировая Ветроэнергетическая ассоциация приняла Программу «Wind Force 10», цель которой – достижение 10% - ной доли ветроэнергетики в мировом производстве электроэнергетики к 2020 г. (табл. 9.2) при увеличении годового производства электроэнергии в мире почти в два раза. На момент публикации программа казалась абсолютно нереальной. Однако жизнь показывает, что в 2000-2001 гг. превышены даже эти показатели. Так, на 2000 г. прогноз 17017 МВт, факт – 18449 МВт, на 2001 г. прогноз 21510 МВт, факт – 24000 МВт.
Таблица 11.2
Программа развития ветроэнергетики: «Wind Force 10» - достижение доли 10% к 2020 г.
| Годы | Процент роста в год, % | Годовой ввод мощности, МВт | Общая установленная мощность ВЭУ на конец года, МВт | Годовое производство электроэнергии на ВЭУ, ТВт.ч | Годовое производство электроэнергии в мире, ТВт.ч | Доля ветровой электроэнергии, % |
| 29,1 | 0,19 | |||||
| 37,3 | 0,24 | |||||
| 47,1 | 0,30 | |||||
| 58,9 | 0,36 | |||||
| 73,1 | 0,43 | |||||
| 91,5 | 0,53 | |||||
| 115,4 | 0,64 | |||||
| 146,6 | 0,79 | |||||
| 187,0 | 0,98 | |||||
| 268,4 | 1,37 | |||||
| 345,0 | 1,70 | |||||
| 444,6 | 2,13 | |||||
| 564,1 | 2,63 | |||||
| 707,4 | 3,21 | |||||
| 879,5 | 3,89 | |||||
| 1086,0 | 4,67 | |||||
| 1333,8 | 5,58 | |||||
| 1606,3 | 6,54 | |||||
| 1906,1 | 7,56 | |||||
| 2235,9 | 8,63 | |||||
| 2598,7 | 9,76 | |||||
| 2966,6 | 10,85 | |||||
| 6242,9 | 18,82 | |||||
| 7928,7 | 20,60 |
Высокие темпы прироста мощностей ВЭС продолжают сохраняться: в 2002 г. общая установленная мощность ВЭС достигла уровня 39 млн. кВт. Европейская ассоциация ветроэнергетики и организация «Greenpeace» опубликовали совместный доклад «Wind Force 12», подготовленный для Всемирной конференции по устойчивому развитию в Йоханнесбурге. Показано, что к 2020 г. доля ветроэнергетики в мировом производстве электроэнергии повысится до 12 %. Согласно приводимому в докладе прогнозу к 2030 -2040 гг. совокупные мощности ВЭС достигнут 3 ТВт, и их годовая выработка обеспечит 20 % мирового энергопотребления. Установленная мощность ВЭС в Европе в 2002 г. составила 74% от общей мощности ВЭС на земном шаре, при этом 84% европейских ВЭС сосредоточено в Германии, Испании и Дании.
Учитывая темпы ввода новых ВЭУ и ежегодный прирост установленной мощности ВЭС, Европейская ассоциация ветроэнергетики (EWEA) пересмотрела программу «Wind Force 10» и опубликовала доклад «Wind Force 12», в котором показана возможность к 2020 г. повысить долю ветроэнергетики в мировой выработке электроэнергии до 12 %. Опираясь на европейский опыт развития ветроэнергетики в последние годы, авторы доклада показывают, что технически возможен и экономически оправдан рост установленных мощностей в ветроэнергетике на 25% в год до 2007 г. с выходом на 120,6 ГВт, подключенных к энергосистемам.
К 2012 гг. прирост снизится до 20% в год с выходом на 352,241 ГВт установленных мощностей. Затем прирост снизится до 10% в 2016 г. С 2020 г. прирост мощностей выровняется на уровне 150 ГВт ежегодно, и к 2030 - 2040 гг. совокупные мощности достигнут примерно 3000 ГВт, что будет соответствовать порядка 20% мирового энергопотребления.
Ожидается, что ведущую роль в реализации программы будут играть страны Европы и Северной Америки. Важный вклад внесут и такие страны, как КНР. Однако в развивающихся странах для реализации целей программы необходима стабильная политическая среда. Шельфовые установки будут важным фактором европейского рынка. Средняя мощность турбин увеличится с нынешнего уровня в 1 МВт до 1,3 МВт в 2007 г. и 1,5 МВт в 2012г.
Уже сейчас на долю европейских стран приходится 75% всей электроэнергии, вырабатываемой на ВЭС в мире. А к 2010 г. европейские ВЭС увеличат выработку в 5 раз и 30 млн. европейцев будут обеспечены экологически чистой электроэнергией. Распределение установленных мощностей ВЭС в современной Европе представлено в табл. 9.3. В Германии, Испании и Дании на ВЭС производится около 80% всей электроэнергии, вырабатываемой ветроэнергетикой, поэтому представляет интерес более подробно остановиться на перспективах развития ВЭС в этих странах.
Германия. В 2002 г. установленная мощность ВЭС возросла на 3247 МВт. В дальнейшем, по оценке экспертов Германской Ассоциации по ветроэнергетике (BWE) ежегодное увеличение установленной мощности ВЭС составит около 2500 МВт. К настоящему времени почти 50 % пригодных для размещения ВЭС территорий уже используются.
Удвоение установленной мощности и достижение отметки 20 000 МВт на суше является и теоретически, и практически абсолютно реальным. Если еще учесть работу первых шельфовых ВЭС, то тогда общая установленная мощность всех ВЭС в Германии достигнет к 2010 году 23 000 МВт. Это позволит получать 8% электроэнергии за счет возобновляемой энергетики.
Прогнозируется, что к 2030 году объем электроэнергии, выработанной на всех ВЭС Германии, составит 28%. В дальнейшем, основная ставка будет сделана на модернизированные традиционные ВЭС и на шельфовые ВЭС.
Испания. Правительством страны был утвержден национальный энергетический план развития энергетики Испании на период с 2002 по 2011 гг.
Таблица 11.3
Мощность Европейских ВЭС в 2002-2003 г. (МВт)
| Страны | Ввод мощностей к 01.07.2003 г. | Всего на 01.07.2003 г. | |
| Германия | |||
| Испания | |||
| Дания | |||
| Нидерланды | |||
| Италия | |||
| Великобритания | |||
| Швеция | |||
| Греция | |||
| Франция | |||
| Австрия | |||
| Португалия | |||
| Ирландия | |||
| Норвегия | |||
| Бельгия | |||
| Финляндия | |||
| Украина | |||
| Польша | |||
| Латвия | |||
| Турция | |||
| Люксембург | |||
| Чехия | |||
| Россия | |||
| Швейцария | |||
| Венгрия | |||
| Эстония | |||
| Румыния | |||
| Всего |
В соответствии с новым планом объемы электроэнергии, выработанной за счет ветра, должны увеличиться на 45% в сравнении с целью, намеченной в 1999 году. В целом вся возобновляемая энергетика должна развиваться динамичнее и масштабнее, чем использование природного газа.
Внимание к использованию ВИЭ в Испании вызвано увеличением за последние 10 лет спроса на экологически «чистую» электроэнергию. Спрос составил в среднем 3,09% в год. Для сравнения в среднем по Европе эта цифра равна 1,1%. В Испании, как и в других странах ЕС, поставлена главная цель развития возобновляемой энергетики - 12 % электроэнергии за счет ВИЭ к 2011 году.
В ближайшие 10 лет в стране прогнозируется увеличение спроса на электроэнергию до 30%. Основными источниками производства энергии станут природный газ и возобновляемая энергетика. Применение угля, нефти и атомной энергетики будет снижаться.
Дания первой на континенте начала масштабное использование энергии ветра и сейчас является ведущим мировым производителем ветроэнергетического оборудования. К 2030 г. в Дании планируют за счет ВЭС обеспечить 50 % потребности в электроэнергии, что позволит сократить выброс парниковых газов в атмосферу. Наращивать установленную мощность ВЭС датчане предполагают как за счет строительства и установки более мощных агрегатов на суше, так и путем создания крупных шельфовых ВЭС. Первая ВЭС в море появилась именно в Дании в 1991 г., имеющая в составе 11 ВЭУ мощностью по 450 кВт. А крупнейшая из морских ВЭС находится в 3-х км от Копенгагена в протоке Ересунн и состоит из 20 ВЭУ мощностью по 600 кВт, которые должны вырабатывать до 0,35 млрд. кВт.ч электроэнергии в год.
Учитывая, что до 75 % установленной мощности всего мирового парка ВЭС сосредоточено в Европе и здесь же произведено более 90% всех ВЭУ, можно считать, что и в перспективе уровень мировой ветроэнергетики будет определяться европейскими ВЭС (рис.11.2).
Рис.11.2. Развитие ветроэнергетики в Европе и мире.
В странах ЕС поставлена цель – обеспечить за счет ВИЭ к 2020 г. производство 20% валового энергопотребления, из которых 2,4 % должна обеспечить ветроэнерегетика, что больше, чем малая гидроэнергетика и фотоэлектричество вместе взятые (2,1% и 0,2% соответственно).
Мировой прогноз развития ветроэнергетики также показывает (табл. 11.4), что, несмотря на снижение темпов роста установленных ВЭС, к середине 21 века более 3 % всей электроэнергии в мире будет вырабатываться за счет использования энергии ветра.
А с учетом того, что общий годовой потенциал ветровой энергии Земли оценивается в огромную цифру – 17,1 тыс. ТВт.ч и значительно превышает энергетические потребности человечества, можно говорить о неограниченных возможностях использования энергии ветра в обозримом будущем.
Таблица 11.4.
Прогноз темпов развития и доли ветроэнергетики в мировом валовом энергобалансе.
| Показатели | до 2001 | 2001-2010 | 2010-2020 | 2020-2030 | 2030-2040 |
| Темп развития ВЭС, % | |||||
| Годовая выработка ВЭС (на конец периода), ТВт.ч | 0,054 | 0,406 | 1,937 | 4,582 | 6,774 |
| Мировое энергопотребление, ТВт.ч | 116,4 | 136,3 | 157,2 | 180,3 | 205,2 |
| Доля ВЭС, % | 0,046 | 0,3 | 1,2 | 2,5 | 3,3 |
Лекция 12
