Ветроэнергетика в мировой практике и использование ее в РБ

Обзор и  перспективы мировой ветроэнергетики

Альтернативная  энергетика - Энергия ветра

ВО МНОГИХ УГОЛКАХ  МИРА ветроваяэнергетика уже достигла уровня, который позволяет ей стать основным источникомэнергии. Рост ветроэнергетики в развитых странах, особенно в Европе, длительное время был обусловлен проблемой глобального изменения климата.

 
Изменение климата - сложная и серьезная  проблема. Если правительства не примут меры по сокращению парниковых эмиссий, разрушительная сила таких ураганов, как Катрина и Рита окажется ничем  по сравнению с теми бедами, которые  могут обрушиться на планету в  результате изменения климата.

Сокращение выбросов парниковых газов имеет как экономическое, так и экологическое значение. Во избежание разрушительных климатических  последствий международная политика в области сохранения климата  должна быть направлена на то, чтобы  удержать рост средней глобальной температуры  не более чем на 2 градуса по Цельсию  по сравнению с доиндустриальным периодом. Для решения этой задачи миру в ближайшее десятилетие  необходимо кардинально изменить подходы  к выработке и потреблению энергии.

Однако есть и  другие факторы такие, как энергетическая безопасность, неустойчивость цен на углеводородное топливо, которые оказывают  влияние на рынок и страны Организации  экономического сотрудничества и развития (OECD). Зависимость от поставок из нескольких стран-импортеров углеводородного  сырья, которые являются большей  частью политически нестабильными  государствами, а также неустойчивость цен на нефть и газ делают ситуацию шаткой, что ведет к значительным потерям в мировой экономике.

Ветровая энергетика является наиболее привлекательным решением мировых энергетических проблем. Она не загрязняет окружающую среду и не зависит от топлива. Более того, ветровые ресурсы присутствуют в любой части мира и их достаточно, чтобы обеспечить растущий спрос на электроэнергию. Предлагаемый доклад демонстрирует, что ветровая энергетика – это не мечта далекого будущего. Это существующая реальность и практика, которая может применяться повсеместно. За двадцать лет ветровые установки прошли долгий путь усовершенствования. В результате современный ветропарк по своим характеристикам не уступает традиционной электростанции. Более того, выработка электроэнергии на ветровых станциях становится все более конкурентоспособной по сравнению с традиционными источниками энергии на ископаемом топливе: уже сегодня ветровая энергетика сравнима с новыми угольными и газовыми электростанциями.

Имея общую установленную  мощность свыше 60 000 MВт и средний ежегодный темп роста 28%, ветроэнергетика бурно развивается во многих странах мира и превращается в основной источник энергии. При условии политической поддержки широкомасштабного развития ветровой энергетики в сочетании с мерами в области энергосбережения ветровая индустрия к 2030 году сможет обеспечить 29% мировой потребности в электроэнергии.

Политические решения, которые будут приняты в ближайшие  годы, определят экологическую и  экономическую ситуацию в мире на многие десятилетия вперед. В то время как развитым странам необходимо срочно пересмотреть свою энергетическую стратегию, развивающимся странам  нужно учесть ошибки прошлого и выстраивать  свою экономику на основе устойчивой энергетики.

Наступило время  делать выбор в пользу безопасной и устойчивой энергетики будущего, основанной на экологически чистых технологиях, создающей миллионы новых рабочих  мест, способствующей развитию на местном  уровне. Этот выбор необходимо сделать  ради здоровой окружающей среды, политической стабильности и экономического развития. Мир не может оставаться на пути развития традиционной энергетики, полагаясь на ископаемое топливо и ядерную энергию. Ветровая энергетика может и должна сыграть ведущую роль в мировой энергетике будущего.

Оценки  ресурсов ветровой энергетики

В мире было сделано  несколько исследований по оценке ресурсов ветровой энергетики и самое детальное  из них - для Европы. Эти исследования подтверждают, что ветровые ресурсы  огромны и равномерно распределены практически по всем регионам и странам. Недостаточная сила ветра вряд ли может стать сдерживающим фактором развития ветровой энергетики в мире. Анализы ресурсов, сделанные для  отдельных стран и регионов, часто  указывали на более высокий потенциал, чем тот, что давали глобальные исследования.

Согласно докладу  «Возобновляемые источникиэнергии: получение топлива и электроэнергии» (Michael Grubb and Neils Meyer, “Renewable Energy Sources for Fuels and Electricity”, 1994), мировой потенциал ветровой энергетики достаточен для производства 53 000 ТВт·час электроэнергии в год. Это в три раза превышает мировое потребление электроэнергии - 13 663 ТВт·час в год (по данным Международного энергетического агентства, 2003 г.)

В докладе Консультативного совета Германии по глобальным проблемам (WBGU) «Мир в переходный период – на пути к устойчивым энергетическим системам» («World in Transition – Towards Sustainable Energy Systems», 2003), подсчитано, что мировой технический потенциал ветровой энергетики на суше и в прибрежных акваториях составляет 1000х1018 Дж в год. Авторы доклада делают предположение, что 10-15% этого потенциала можно реализовывать на устойчивой основе и получать в долгосрочной перспективе примерно 140х1018 Дж в год. В соответствии с докладом, этот объем энергии составляет 35% всей первичной энергии, произведенной в мире в 1998 году (402х1018 Дж).

Расчеты WBGU базировались на средних величинах скорости ветра, наблюдаемых метеорологическими станциями  за 14-летний период с 1979 по 1992 гг. В расчетах также предполагалось, что будут  использованы ветроустановки мощностью в несколько мегаватт. Ограничения потенциала были связаны исключительно с урбанизированными территориями и такими природными комплексами, как леса, болота, ледники и песчаные дюны, а также природными охраняемыми территориями. Сельское хозяйство не рассматривалось в качестве ограничевающего фактора потенциала ветровой энергетики.

Ученые Глобального  климатического и энергетического  проекта Стэнфордского университета в Калифорнии утверждают, что мировые ресурсы ветровой энергетики могут производить электроэнергии больше, чем требуется для удовлетворения мирового спроса. Собрав данные, полученные с 7 500 наземных станций мониторинга, а также в ходе запуска 500 воздушных зондов для определения скорости ветра на высоте 80 м, ученые обнаружили, что в 13% случаев средняя скорость ветра превышала 6,9 м/сек (третий уровень), то есть наблюдалась скорость более чем достаточная для генерации электроэнергии.

Самый высокий ветровой потенциал был обнаружен в  Северной Америке, хотя несколько мощных ветровых потоков были отмечены и  в Северной Европе. Кроме того, сильные  и постоянные ветровые потоки были зафиксированы на южной оконечности  Южной Америки и на австралийском  острове Тасмания.

Это исследование не принимало в расчет такие переменные величины, как изменение климата, или такие практические вопросы, как наличие площадок, доступность  и возможности для передачи энергии. Тем не менее, в исследовании делается вывод, что при использовании только 20% обнаруженного потенциала ветровая энергетика может удовлетворить мировой спрос на электроэнергию с семикратным превышением.

В отношении более  детальных исследований можно отметить Проект оценки солнечных и ветровых ресурсов (SWERA - Solar and Wind Energy Resource Assessment) для 13 развивающихся стран, реализованный при поддержке экологической программы ООН. В результате проекта было обнаружено, что ветровой потенциал Гватемалы достаточен для строительства ветропарков мощностью 7 000 МВт, Шри-Ланки – 26 000 МВт. Ни одна из этих стран пока не приступала к серьезному использованию своих ресурсов.

Неустойчивость  ветровой энергии и ее интеграция в энергосистемы 
 

Ветровая энергетика часто характеризуется как «скачкообразный» и по этой причине ненадежный источник энергии. На самом деле остановки и включение ветровых турбин не являются хаотичными. Их мощность переменна, как в любой другой энергетической системе. 
Потоки энергии - как при потреблении, так и при производстве - находятся под воздействием ряда прогнозируемых и непрогнозируемых факторов. Например, перемены в погоде заставляют людей включать и выключать отопление и освещение.

С другой стороны, в  системе энергоснабжения, когда  крупная электростанция из-за аварии или планового останова отключается  от сети, это 
24 25 данных, используя усовершенствованные модели ветроустановок, можно заранее предсказывать объем производимой энергии на период от 5 минут до 72 часов, а также оценивать генерацию по сезонам и годовым циклам. При использовании современных средств расчетов погрешность оценки генерации для одного ветропарка составляет 10-20% при прогнозировании на 36 часов. Для группы ветропарков погрешность составляет 10% на одни сутки и 5% на 1-4 часа. 
Эффект от расширения площади, занимаемой ветроустановками, также может быть значительным.

Мониторинг Германского  исследовательского института ISET показал, что в то время как отдельная  турбина может испытывать колебания  мощности до 60% в течение часа, максимальное колебание группы объединенных ветропарков с установленной мощностью 350 МВт не превышает 20%. На больших пространствах для таких систем, как Nordel, которая расположена на территории 4 стран (Финляндия, Швеция, Норвегия и Дания), наибольшее колебание в течение часа не превышает 10% происходит мгновенно и ведет к немедленным потерям в сети сотен мегаватт.

Ветровая энергетика не дает таких неожиданных сбоев. Колебания воспринимаются мягче благодаря сотням или тысячам генераторов (что предпочтительнее нескольких крупных электростанций), упрощающих прогнозирование и управление этими колебаниями. Общий эффект от прекращения ветра в одном определенном месте незначителен, так как ветер всегда есть где-то еще.

Энергосистемам  приходится иметь дело с неожиданными колебаниями мощностей крупных  электростанций. Мероприятия по регулированию  колебаний необходимы и при работе с ветровыми станциями. Вопрос здесь  не столько в самих колебаниях, сколько в том, как их прогнозировать и справляться с ними, какими способами  повышать эффективность.

Серьезным препятствием для использования огромного  потенциала ветровых ресурсов является отсутствие во многих регионах регулируемой или какой бы то ни было сетевой инфраструктуры. Развитие энергосетей требует значительных капиталовложений, хотя привлечение крупных инвестиций в этот сектор неизбежно вне зависимости от выбора способа генерирования энергии.

Сегодня ветровая энергетика находится в неравных условиях по отношению к традиционным способам генерации энергии: инфраструктура последних развивалась преимущественно в рамках национальных вертикально-интегрированных монополий, у которых была возможность финансировать развитие энергосистемы за счет государственных субсидий и налогов. И хотя более либеральный рынок прекратил в некоторых странах эту практику, ряд перекосов - от дискриминационной платы за подключение к сети до скрытых злоупотреблений господствующим положением со стороны ведущих компаний - продолжают создавать барьеры для развития возобновляемой энергетики.

Международная деятельность по предотвращению изменения  климата

Вступление в  силу Киотского протокола в феврале 2005 года стало первым важным шагом  по защите климата от опасного антропогенного воздействия. Являясь юридически обязательным международным инструментом, Протокол положил начало ограничению парниковых выбросов. Со временем это приведет к повышенному спросу на низкоуглеродную и безуглеродную энергетику. Необходимость сохранение климата потребует дополнительного сокращения выбросов парниковых газов, что повлечет расширение рынка возобновляемых источниковэнергии, в том числе ветроэнергетики.

В настоящее время  на международном уровне стоит вопрос, каковы будут обязательства по сокращению парниковых эмиссий в «посткиотский» период после 2012 года. На своей встрече в марте 2005 года главы ЕС рекомендовали «обсудить пути сокращения парниковых эмиссий на 15-30% от базового уровня к 2020 году». На 11-й сессии Конференции сторон Рамочной конвенции по изменению климата, состоявшейся в декабре 2005 г., делегаты договорились о начале процесса по рассмотрению обязательств в “посткиотский” период. В этой ситуации чрезвычайно важно как можно скорее согласовать обязательства для «посткиотского» периода, чтобы продемонстрировать рынку, что импульс, полученный со вступлением в силу Киотского протокола, сохранится и после 2012 года.

Торговля выбросами  в той форме, в какой она  сейчас применяется как на европейском, так и международном уровнях (Проекты  чистого развития и Проекты совместного  осуществления в рамках Киотского  протокола), вряд ли обеспечит достаточный  импульс для развития ветровой энергетики в краткосрочный период. Торговля выбросами в Евросоюзе показала реальную стоимость углеродной энергетики. Но пока этого не достаточно, и в  «посткиотский» период после 2012 года это направление потребует усиления. В частности, для исключения неравных условий и реализации принципа «загрязнитель платит» разрешения на выбросы парниковых газов должны быть полностью замещены аукционами. При этом торговля выбросами не должна рассматриваться в качестве замены экологических налогов или мер, направленных на поддержку возобновляемой энергетики.