Главная страница [an error occurred while processing this directive]

Главная страница | Архив | Содержание номера

Номер 14(273) 3 июля 2001 г.

Александр ЛЕЙЗЕРОВИЧ (Калифорния)

КУДА ДУЕТ ВЕТЕР?

С год назад мне случайно попал в руки роман Артура Хейли "Перегрузка", написанный в середине 70-х годов (Arthur Hailey "Overload", Doubleday Co., NY, 1976). В нём описывается энергетический кризис, разражающийся в Калифорнии из-за недостатка генерирующих мощностей и волны тепла, поразившей Западное побережье США. А тут еще агрессивные и безответственные действия сторонников защиты окружающей среды. Они не только блокируют строительство новых электростанций, но и вступают в сговор с группой политических авантюристов, проводящих серию диверсий, в результате которых выводятся из строя несколько мощных энергоблоков и линий электропередачи. Всё это вместе взятое приводит к перерывам энергоснабжения, веерным отключениям, которые, в свою очередь, вызывают ряд драматических коллизий, составляющих сюжетную основу романа.

Главный его герой - Ним Голдман, вице-президент некоей условной калифорнийской энергокомпании, названной Golden State Power Light Company, пытается не только справиться с текущими событиями, но и предупреждает о неизбежном дальнейшем ухудшении ситуации в ближайшие годы, если не будут приняты срочные меры - прежде всего, сооружение и ввод в строй новых энергетических мощностей.

Если пробежать глазами заголовки сегодняшних газет и журналов, право, кажется, что они взяты непосредственно из романа Хейли. Действительно: "Power crisis slams state", "California springs into blackouts, questions linger", "Blackouts loom with tech growth", "Authorities warn of dark future", "The real electric rate crisis comes next year" и так далее, и так далее.

Реальный энергетический кризис, начавшийся осенью прошлого года в Калифорнии, помимо всех вышеназванных Хейли причин (исключая, разумеется, происки дьявольских террористов), обусловлен, прежде всего, практически отсутствием ввода новых мощностей в штате за последние годы при возросшем сверх ожиданий темпе роста энергопотребления, слабостью существующей сети межсистемных линий электропередачи и весьма противоречивым решением о "дерегулировании" (deregulation), энергетического рынка, принятым в Калифорнии в 1996 году и не приведшим в конечном счёте к ожидаемой свободной конкуренции производителей электроэнергии и снижению её цены в результате. Наоборот, оптовые цены на электроэнергию за полгода к июню 2001 года выросли с 200 до 1900 долларов за мегаватт-час (МВтч). Резко выросли и счета за потребление электроэнергии. Но и они не покрыли затрат на её приобретение, что, в частности, заставило объявить о своём банкротстве крупнейшую энергокомпанию Калифорнии Pacific Gas and Electric Company.

Как специалист-энергетик я не могу не согласиться с позицией хейлиевского Нима Голдмана. Оставляя в стороне вопрос о "дерегулировании" и "ререгулировании" энергетического рынка, предотвращение дальнейшего развития кризиса энергоснабжения Калифорнии и всего Западного побережья практически невозможно без ввода новых энергетических объектов. При этом по сравнению с 70-ми годами, когда Хейли писал свой роман, ситуация заметно ухудшилась из-за уже наступившей или наступающей выработки расчётного ресурса (даже с учётом его продления) значительным числом энергоблоков тепловых и атомных электростанций (ТЭС и АЭС), введенных в строй как раз в 60-е и 70-е годы. Необходимо или их серьёзное обновление с заменой значительной части физически и технически состарившегося оборудования, или строительство новых энергоблоков, а практически - и то, и другое. Наверное, неизбежен и возврат к строительству АЭС - конечно, на новом техническом уровне, с повышенными мерами безопасности, но также и новых ТЭС, работающих на угле - наиболее распространённом органическом топливе. Неуклонный рост цен на нефть и газ приводит к тому, что уже сейчас цена электроэнергии, производимой угольными ТЭС, оказывается ниже, чем у работающих на газе и мазуте, даже с учётом несколько более низкой экономичности и больших капитальных затратах на сооружение угольных станций. Современные же системы сжигания угля и очистки уходящих газов позволяют снизить до вполне приемлемого уровня и выбросы в атмосферу современных углесжигающих энергоблоков.

Энергетический кризис заметно обостряет проблемы борьбы с загрязнением атмосферы. Для увеличения производства электроэнергии на многих действующих ТЭС ослабляются ограничения, связанные с охраной окружающей среды, увеличивается выработка электроэнергии на менее экономичных и более "грязных" старых ТЭС, ранее переведенных в разряд "пиковых". Более того, для обеспечения устойчивости энергоснабжения многие потребители в срочном порядке обзаводятся собственными энергоустановками небольшой мощности типа дизель-генераторов, используемыми не только в качестве пико-резервных, но зачастую и просто как независимые источники энергопитания. При этом выбросы в атмосферу от таких дизель-генераторов, отнесенные на киловатт-час производимой электроэнергии, оказываются примерно в 200 раз больше, чем для современных паротурбинных ТЭС.

В этих условиях очень важно было бы как можно более широкое использование экологически чистых, так называемых "возобновляемых" энергоресурсов. Разумеется, они не могут быть непосредственно и целенаправленно использованы для покрытия пиков энергопотребления, но внося свой посильный вклад в производство энергии, могут высвободить для этой цели традиционные "пиковые" источники - такие, как равнинные гидроэлектростанции, газотурбинные установки и т.д. Однако для того, чтобы такие энергоресурсы действительно могли сыграть заметную роль, необходимо выполнение двух условий: во-первых, их мощность должна быть соизмерима с мощностью традиционных электростанций и, во-вторых, приведенная стоимость их электроэнергии также должна быть соизмерима с затратами на производство электроэнергии на существующих электростанциях. Неожиданно для многих, в последние годы к выполнению обоих этих требований вплотную подошли ветряные энергоустановки.

До недавнего времени ветряные турбины устойчиво рассматривались как принадлежность малой или локальной энергетики. При этом их единичная мощность не превышала 25-30 кВт, и приведенная цена производимой электроэнергии, несмотря на даровую энергию ветра, на порядок превосходила стоимость электроэнергии современных ТЭС и АЭС. Ситуация начала меняться в середине 80-х годов с освоением в Дании производства ветряных турбогенераторов (ВТГ) единичной мощностью, измеряемой сотнями киловатт, и развитием в Дании, а затем также в Германии, Нидерландах, отдельных штатах США программ строительства "ветроэнергетических хозяйств" (windpower farms) из десятков, а иногда и сотен ВТГ.

С тех пор, и особенно за последние несколько лет, ветроэнергетика стала одной из наиболее бурно и успешно развивающихся отраслей промышленности. Общий оборот мирового рынка ВТГ в 1999 году превысил 3 миллиарда долларов. По оценкам специалистов, за два десятилетия сменилось уже семь поколений ВТГ. Их единичная мощность в настоящее время достигает 1,5-2,5 МВт. Первые ВТГ этого класса были введены в эксплуатацию в 1998-99 гг. В ближайшее время можно ожидать увеличения единичной мощности ВТГ до 3-5 МВт за счёт увеличения длины лопастей и высоты мачты установки. При этом диаметр ротора порядка 150 м, требуемый для достижения мощности в 5 МВт, является, по-видимому, предельным при используемых материалах и технологиях. Наиболее мощная из ныне действующих ветроустановок (2,5 МВт) с диаметром ротора и высотой мачты в 80 м была сдана в эксплуатацию весной 2000 года в Германии - см. фото в начале статьи.

Уже существующие, сооружаемые и проектируемые ветроэнергетические хозяйства (ВЭХ) имеют установленную мощность до 200-300 МВт, то есть соизмеримы по мощности с небольшой ТЭС. Очень популярна идея размещения ВЭХ в прибрежных водах, где дуют более сильные и устойчивые ветра. При этом также снимаются весьма острые для развитых стран вопросы отчуждения земли и звукового воздействия ВЭХ на окружение. Самое крупное на сегодняшний день прибрежное ВЭХ в составе двадцати ВТГ мощностью по 2 МВт сооружается в проливе Эрезунд между Данией и Швецией. Если в начале 1980-х годов стоимость электроэнергии, производимой ВЭХ, составляла примерно 38 центов США за кВтч, то в настоящее время она оценивается в 3-6 центов за кВтч. Эта цифра ниже для более мощных ВЭХ с более современными ВТГ большей единичной мощности. При этом в США возможно также получить дополнительные налоговые льготы, снижающие стоимость электроэнергии ВЭХ ещё на 0,7 цента.

В результате, скажем, для сооружаемого ВЭХ Stateline на границе штатов Орегон и Вашингтон из 450 ВТГ суммарной мощностью 300 МВт ожидаемая стоимость электроэнергии составит 2,5 цента за кВтч при капитальных затратах в 300 миллионов долларов. Для сравнения стоит указать, что средняя по США стоимость электроэнергии, производимой угольными и газовыми ТЭС, в 1999 г. составила 2,07 и 3,52 цента за кВтч, а для АЭС была равна 1,83 цента за кВтч. Увеличение единичной мощности ВТГ, более глубокая их специализация, использование прогрессивных конструктивных решений и материалов позволяют рассчитывать на дальнейшее снижение стоимости электроэнергии, производимой ВЭХ. В результате ветроэнергетика может стать источником самой дешёвой электроэнергии, производимой в промышленных масштабах.

На конец 1999 года суммарная установленная мощность ВТГ в мире составила 13932 МВт при приросте мощности в 3922 МВт и общем количестве произведенной за год электроэнергии свыше 30 миллионов МВтч. Последняя цифра составляет всего лишь 0,2% общего объёма производства, но темпы развития ветроэнергетики намного опережают рост энергопотребления, и к 2020 году ожидается, что её доля уже превысит 1%. Но и эта цифра показательна не более, чем пресловутая "средняя температура по больнице". По данным Американской и Европейской ветроэнергетических ассоциаций (AWEA и EWEA), к концу 1999 года две трети введенных мощностей ВТГ были сосредоточены в пяти странах: Германии (4072 МВт), США (2502 МВт, в том числе 1554 МВт в Калифорнии), Дании (1733 МВт), Испании (1722 МВт) и Индии (1077 МВт). Уже в настоящее время Дания и земля Шлезвиг-Гольштейн в ФРГ покрывают около 10% своей потребности в электроэнергии за счёт ВТГ. Более того, Министерство окружающей среды и энергетики Дании ставит задачу покрытия ветроэнергетикой до 40-50% потребления электроэнергии к 2030 году. Всё более широко вовлекаются в развитие ветроэнергетики и такие страны, как Китай, Великобритания, Нидерланды, Швеция, Италия, Франция.

Современные, относительно мощные ВТГ производятся в Дании, Германии, США, Швеции, Японии, Испании. Как правило, они имеют трёх- или, реже, двухлопастные роторы. Установка обычно рассчитывается на скорость ветра, изменяющуюся в диапазоне от 3 до 25 м/сек; максимальная скорость ветра, которую должны выдержать лопасти и несущая мачта, - 60 м/сек. Энергия вращения ротора передаётся на асинхронный генератор через редуктор и подвижную муфту, размещаемые в капсуле (гондоле) ВТГ. Хотя лопасти ВТГ внешне похожи на вертолётные, условия их работы принципиально отличны, что требует применения более сложных, трёхмерных с учётом эффекта срыва потока, методов аэродинамического расчёта. Лопастям придаётся специальная форма с сужением к концу для уменьшения шума от вращающегося ротора, капсула также имеет специальную звукоизоляцию. В результате уровень шума в непосредственной близости от ВТГ обычно не превышает 100 дБ.

Весьма перспективную концепцию, названную Windformerд, предлагает концерн АВВ. В отличие от традиционного ВТГ, в Windformer вместо асинхронного генератора используется специальный генератор высокого напряжения, отсутствуют редуктор, устройство плавного запуска, подвижная муфта, трансформатор. Всё это существенно сокращает размеры капсулы ВТГ, повышает общую надёжность и ремонтопригодность, снижает уровень шума. Генерируемый переменный ток высокого напряжения (свыше 20 кВ) преобразуется в постоянный ток. Несколько ВТГ объединяются в группу (кластер), и энергия от них поступает по кабелям постоянного тока к общему преобразователю, подключённому к сети. Первый Windformer расчётной мощностью 3 МВт с трёхлопастным ротором диаметром 90 м и высотой мачты 70 м устанавливается в настоящее время в Швеции. При среднегодовой скорости ветра 8 м/сек ожидаемая годовая выработка электроэнергии должна составить примерно 11000 МВтч.

В 2000 году прирост общей установленной мощности ВТГ в мире составил 3800 МВт, при том что суммарная мощность введенных новых блоков АЭС равнялась всего лишь 3056 МВт. Эти данные были приведены на очередном съезде Американской ветроэнергетической ассоциации, состоявшемся в первых числах июня этого года (съезд проводится раз в пять лет). При этом акцентировалось внимание на том, что в США в 2000 г. было введено только 53 МВт мощности ВТГ в сравнении с 732 МВт в 1999 году. Сейчас в США в процессе разработки и реализации находятся несколько проектов мощных ВЭХ, в том числе вышеупомянутое ВЭХ Stateline на границе штатов Орегон и Вашингтон мощностью 300 МВт с предполагаемым завершением строительства в 2002 году, два ВЭХ суммарной мощностью 560 МВт в штате Невада, ВЭХ Pecos County в штате Техас с девяносто 1,5-МВт-ными ВТГ, самыми мощными из ныне выпускаемых в США, и ряд других. Всего в планах AWEA на ближайшее десятилетие намечено сооружение новых ВТГ общей мощностью свыше 5000 МВт. И все-таки в условиях развивающегося энергетического кризиса для повышения независимости энергетики страны от внешних поставок жидкого топлива и в интересах защиты окружающей среды желательны более широкие масштабы использования ветроэнергетики.

Главная страница | Архив | Содержание номера

Номер 14(273) 3 июля 2001 г.

[an error occurred while processing this directive]