РАЗВИТИЕ МИРОВОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ

ОАО «Азерэнержи» «Азербайджанский НИ и ПИИ Энергетики»

РАЗВИТИЕ МИРОВОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЭС МОЩНОСТЬЮ 50 МВТ В ГОБУСТАНЕ

Академик РАЭН, д.т.н. проф. Мустафаев Р.И.

1

Перспективы и эффективность возобновляемых источников энергии Несмотря на кризисные явления в мировой экономике, такие основополагающие принципы, как экологическая безопасность и экономия ресурсов, лежащие в основе возобновляемой энергетики, остаются приоритетными и сохраняют свою востребованность и актуальность. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ). Выделим основные факторы, способствующие ускоренному развитию ВИЭ в мире: •обеспечение энергетической безопасности; •сбережение запасов собственных энергоресурсов для будущих поколений; стремление к сохранению окружающей среды и обеспечению экологической безопасности; •решение социальных задач, улучшение качества жизни. Стратегия развития мировой энергетики на ближайшие 50 лет предполагает, что уже в 2020 г. более 20 % электроэнергии будет вы­рабатываться на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), а к 2040 г. — уже 50 %. При этом к концу XXI века доля ВИЭ может превысить 85 %. Перед странами Европы стоит очень сложная задача — для замены АЭС и устаревших электростанций при увеличении потребления электроэнергии необходимо уже в 2020 г. иметь не менее 300 ГВт новых энергетических мощностей. Одним из перспективных способов решения такой задачи является развитие генерирующих мощностей на базе возобновляемых источников энергии. Активно создаются ВИЭ, способные уже в ближайшие годы производить более дешевую, надежную и экологически чистую электрическую и тепловую энергию не только страны Европейского экономического сообщества, но и Соединенные Штаты Америки.

2

Наиболее быстрый темп роста (50% в год) приходится на солнечную фотоэнергетику в части PV­ установок, работающих в сеть. Общая мощность всех типов фотоэлектрических установок составила в 2007 году 10,5 ГВт. В 66 странах мира разработаны программы и планы по использованию возобновляемой энергии (ВЭ). Так, Китай предполагает получить к 2020 году 15% конечной энергии за счет ВИЭ, в Европейском сообществе – 20%. Швеция к 2020 году планирует полностью отказаться от углеводородного топлива. Лучший способ продвижения возобновляемой энергетики – принятие соответствующего закона. Такие законодательные акты и национальные программы приняты в 63 государствах (по состоянию на май 2009 г.). В 44 странах мира действуют «Набор стандартов альтернативной энергетики», которые требуют от розничных поставщиков электроэнергии использования в обязательном порядке определенной доли электроэнергии, полученной от возобновляемых источников. Стремительно растут мощности солнечных PV­ установок, работающих в сеть, достигнув в 2007 году величины 7,8 GW, что соответствует электроснабжению 1,5 миллиона домов. Ведущие страны, обеспечивающие весомый вклад в этом направлении, – Германия, Япония, США и Испания. Годовой прирост PV­мощности в Испании в 2007 году составил 400 MВт, в стране работают две крупнейшие в мире солнечные станции мощностью 20 MВт каждая. В целом, в мире действуют более 800 установок с мощностью более 200 кВт и, по крайней мере, 9 станций с мощностью более 10 MВт – в Германии, Испании, Португалии и США. Удельные капиталовложения на электростанциях с солнечными батареями в Японии, Германии и США составляют 6000 долл. США на 1 кВт, а средние издержки производства электроэнергии без субсидий колеблются от 17 до 29 цент/(кВт•ч). Ожидают, что к концу 2010 г. удельные капиталовложения снизятся до 4500 долл/кВт, а издержки без субсидий будут находиться в пределах 12–20 цент/(кВт•ч).

3

Рынок возобновляемых источников энергии к 2013 г., по прогно­зам Clean Еdgе İnc., с 13 млрд. долл. США в настоящее время увели­чится до 92 млрд. долл. Рынок ветроэнергетики с 7,5 млрд. долл. возрастет до 47,6 млрд. долл., гелиоэнергетики — с 700 млн. долл. до 13,6 млрд. долл. В США создается демонстрационная парогазовая установка с га­зификацией биомассы, ее мощность 71 МВт (нетто). Удельные капиталозатраты на сооружение ПГУ составят примерно 1820 дол/кВт, издержки производства электроэнергии при стоимости биомассы 11 дол/т будут около 4,8 цент/(кВт•ч). Для коммерческих ПГУ такого типа удельные капиталозатраты будут составлять 1570 долл/кВт, а издержки производства — 4,37 цент/(кВт•ч). В Германии разработана технология газификации биомассы с предварительным пиролизом Вluе Тоwеr. Капиталозатраты для ТЭС мощностью 10 МВт оцениваются в 8–10 млн евро.

4

Ветер как возобновляемый источник энергии

Энергия ветра в масштабе планеты в настоящее время является третьим по значимости среди возобновляемых источников при производстве электроэнергии (3,5% от общей выработки электроэнергетики возобновляемых источников). Это значительно меньше, чем доля гидроэнергетики (89%) и несколько отстает от производства электроэнергии с использованием биомассы (5,7%). Но в отличие от этих двух направлений рост производства электроэнергии на базе энергии ветра значительно динамичнее. Основываясь на ускоренном развитии и дальнейшем улучшении политик в области развития ветроэнергетики, WWEA (Мировая ветроэнергетическая Ассоциация) считает, что к 2020 году реальным является достижение мировой ветроэнергетикой 1.900.000 МВт установленной мощности. Общая установленная мощность мировой ветроэнергетики в течение 2010 года превысит показатель в 200.000 МВт.

5

World Total Installed Capasity [MW]

120903

200000

93930

74122

47693

39295

31181

50000

24322

100000

59024

150000

159213

203500

250000

0

2001

2002

2003

2004 2005

2006 2007

2008

6

2009

2010

Годовая выработка электроэнергии всеми ветротурбинами, установленными в мире к концу 2009 года, составляет 340 ТВт·ч, что соответствует общему электропотреблению Италии – страны по своему экономическому развитию занимаемой седьмое место в мире, и составляет 2% мирового потребления электроэнергии. Установленная мощность мировой ветроэнергетической отрасли достигла 159213 МВт, из которых 38312 МВт были введены в строй в 2009 году. Темп роста ветроэнергетики в 2009 году составил 31,7%. В некоторых странах и регионах мира ветер стал одним из наибольших источников энергии, в частности доля ветроэнергетики в энергоснабжения составляет: •в Дании: 20% •в Португалии: 15% •в Испании: 14% •в Германии: 9% В 2000 году в 82 странах мира ветроэнергетика развивалась на коммерческой основе, из которых 49 стран увеличили свою установленную ветроэнергетическую мощность. Китай и США зарекомендовали себя как наибольшие рынки для наращивания ветроэнергетических мощностей, на их долю пришлось 61,9% от всех введенных новых мощностей, что значительно превысило показатель предыдущего года (53,7%).

7

2009

Top 10 Countries Total Capacities [MW] Danm ark

3497 3163

Portugal

3535 2862

United Kingdom

4092 3195

France

4521 3404

Italy

4850 3736

India

2008

10925 9587 19149 16689

Spain

25777 23897

Germ any China USA

26010 12210 35159 25237

8

Еще девять стран рассматриваются в качестве основных мировых рынков с объемами продаж ветротурбин в размере 0,5 до 2,5 ГВт, а именно: Испания, Германия, Индия, Франция, Соединенное Королевство, Канада, Португалия и Швеция. На рынках двенадцати стран – Турция, Австралии, Дании, Мексики, Бразилии, Ирландии, Польши, Японии, Новой Зеландии, Бельгии, Южной Кореи и Греции – объемы продаж новых ветротурбин составили от 100 до 500 МВт. На долю США и Китая вместе приходится 38,4% от ветроэнергетических мощностей установленных в мире. Пятерка стран – лидеров (США, Китай, Германия, Испания и Индия) представляют 72,9% от мировой ветроэнергетики, что ненамного выше показателя 2008 года – 72,4%. Впервые за более чем за 10­летний период США заняли первое место в мировом рейтинге стран по показателю общей установленной ветроэнергетической мощности, опередив Германию. В США издержки производства электроэнергии ветровыми электростанциями снизились с 40 цент/(кВт·ч) в 1980 г. до 4 центов за 1 кВт·ч, а солнечных электростанций — с 1 доллара за 1 кВт·ч до 18 цент/(кВт•ч). Китай и в 2008 году оставался наиболее динамично развивающимся ветроэнергетическим рынком мира, удвоив в третий раз подряд установленную мощность национальной ветроэнергетики, достигнув показателя 12 ГВт. Ветроэнергетический рынок Китая за один год увеличился на 13800 МВт новых ветроэнергетических мощностей, удвоив, таким образом, свою установленную мощность четвертый год подряд. Китай намерен увеличить долю возобновляемых источников энергии (крупные ГЭС к ним не относятся) в установленной мощ­ности электростанций до 10%. В абсолютном выражении это эквивалентно мощности 65 ГВт (50 ГВт — малые ГЭС, 6 ГВт — ветровые электростанции, 6 ГВт — ТЭС на биомассе и 450 МВт — электростанции с солнечными батареями).

9

Country Share of Total Capacity 2009

2,8%

2,6%

2,2%

14,2%

2,2%

22,1%

3,0% 6,8%

11,5% 16,3% 16,2%

USA

China

Germany

Spain

India

Italy

France

United Kingdom

Portugal

Danmark

Rest of world

10

Впервые за более чем за 10­летний период США заняли первое место в мировом рейтинге стран по показателю общей установленной ветроэнергетической мощности, опередив Германию. В США издержки производства электроэнергии ветровыми электростанциями снизились с 40 цент/(кВт·ч) в 1980 г. до 4 центов за 1 кВт·ч, а солнечных электростанций — с 1 доллара за 1 кВт·ч до 18 цент/(кВт•ч). Китай и в 2008 году оставался наиболее динамично развивающимся ветроэнергетическим рынком мира, удвоив в третий раз подряд установленную мощность национальной ветроэнергетики, достигнув показателя 12 ГВт. Ветроэнергетический рынок Китая за один год увеличился на 13800 МВт новых ветроэнергетических мощностей, удвоив, таким образом, свою установленную мощность четвертый год подряд. Китай намерен увеличить долю возобновляемых источников энергии (крупные ГЭС к ним не относятся) в установленной мощ­ности электростанций до 10%. В абсолютном выражении это эквивалентно мощности 65 ГВт (50 ГВт — малые ГЭС, 6 ГВт — ветровые электростанции, 6 ГВт — ТЭС на биомассе и 450 МВт — электростанции с солнечными батареями).

11

12

13

Мировой рынок ветроустановок Сегодня в целом ряде стран наблюдается настоящий бум ввода в эксплуатацию ветроэлектроустановок (ВЭУ) единичной мощностью от 1 до 5 МВт. При этом производством таких ВЭУ во всем мире занимается чуть более 30 компаний (представленные в таблице), из которых крупных производителей насчитывается всего около десятка (представленные в диаграмме). Характерной особенностью данного рынка в последнее время стал приход наиболее сильных энергомашиностроительных концернов, почувствовавших колоссальные перспективы возобновляемой энергетики. Так, известная немецкая компания Siemens приобрела датского производителя ВЭУ Bonus и немецкого AN Wind, французский концерн Areva купил немецкую компанию Multibrid, а французский гигант Alstom приобрел испанского производителя Ecotecnia. Давно представлены на данном рынке такие концерны, как американский General Electric и японский Mitsubishi Heavy Industries. Серьезные планы вынашивает и южнокорейская компания Hyundai Heavy Industries, осваивающая данное производство, как говорится, «с нуля». Пожалуй, пока только концерн ABB не занимается непосредственно производством ВЭУ, хотя он активно участвует в разработке и внедрении решений по подключению ветроустановок к электрическим сетям. Рассмотрим подробнее, какие компании сегодня лидируют в производстве мощных ветростанций. Мировым лидером уже давно является датский концерн Vestas, ведь практически каждый четвертый мегаватт мощности эксплуатируемых в мире ВЭУ относится к установкам этого производителя. Сегодня этот концерн, созданный более 20 лет назад и поглотивший за это время такие компании, как NegMicon, Nordtank, Windane, Wind World и NedWind, серийно выпускает установки единичной мощностью от 0,85 до 3 МВт. По состоянию на 30 июня 2009 года общая мощность ВЭУ данного концерна во всем мире превысила 35000 МВт, из которых 7061 МВт введено в Германии, 6618 МВт в США, 2808 МВт в Испании, 2434 МВт в Дании, 2141 МВт в Индии.

14

Vestas имеет филиалы на всех континентах, его производственные площадки расположены во многих странах. Второе место по суммарной установленной мощности ВЭУ занимает немецкая фирма Enercon, заводы которой, помимо самой Германии, находятся в Португалии, Швеции, Турции, Индии и Бразилии. Кроме этого, Enercon имеет представительства в 15 странах. Суммарная мощность ВЭУ этого производителя, эксплуатирующихся сегодня в мире, по состоянию на начало ноября 2009 года достигла 19 000 МВт. Диапазон мощностей установок – от 0,33 до 2,3 МВт. Готовится к серийному выпуску ВЭУ мощностью 6 МВт. Третье место пока удерживает еще один крупный производитель, базирующийся в Европе, – испанский концерн Gamesa. Не так давно он поглотил еще одну испанскую компанию – Made. Производственная линейка этих предприятий включает ВЭУ мощностью от 0,8 до 3 МВт. Являясь безусловным лидером испанского рынка, компания имеет подразделения в других европейских странах, а также в Северной Америке и Азии. Суммарная мощность ВЭУ Gamesa составляет уже около 16000 МВт. Четвертым производителем ВЭУ является уже упомянутый концерн General Electric (GE), установивший на сегодняшний день порядка 15 000 МВт. В состав этого гиганта ранее вошли такие производители, как Enron, Zond и Tacke. Уже в 2009 году GE приобрела молодого норвежского производителя ScanWind. Производственные мощности GE, помимо США, находятся в Канаде, Германии, Испании и Китае.

GE производит ВЭУ мощностью 1,5; 2,5 и 3,6 МВт и является одним из лидеров по выпуску установок для так называемых оффшорных ветропарков, создаваемых в прибрежных зонах (как правило, до 50 километров от берега). Еще одним крупным участником рынка является международный концерн Siemens, который занялся выпуском ВЭУ после покупки таких производителей, как Bonus и AN Wind. Siemens, наряду с Vestas и GE, является одним из лидеров в оффшорном сегменте. На сегодняшний день общая мощность установок этого производителя составляет порядка 8500 МВт, а производственная линейка состоит из ВЭУ мощностью 2,3 и 3,6 МВт.

15

Испанская компания Acciona по данным на 30 сентября 2009 года ввела в эксплуатацию ВЭУ общей мощностью более 7500 МВт, из которых порядка 5850 МВт (78 процентов) работает в самой Испании. Установки данного производителя эксплуатируются еще в 14 государствах, а в настоящее время строятся ветропарки в 5 других странах. Acciona выпускает ВЭУ мощностью 1,5 и 3 МВт. Крупнейшим азиатским производителем является индийская компания Suzlon, созданная в 1995 году известным индийским бизнесменом Тулси Танти. Suzlon имеет производственные площадки и исследовательские центры в Индии, Китае, Дании, Нидерландах, Бельгии, Германии и США. Компания представлена во всех регионах. Сегодня общая мощность ВЭУ Suzlon превысила 6000 МВт, производственная линейка включает модели от 0,6 до 2,1 МВт. Следует также отметить, что не так давно Suzlon купил большинство акций созданного в 2001 году немецкого производителя RЕpower. Последний установил уже около 3500 МВт ВЭУ.

RЕpower по праву считается одним из лидеров технического прогресса в рассматриваемой отрасли. Именно эта компания первой в мире запустила в серийное производство установку 5М мощностью 5 МВт, а сейчас осваивает выпуск новой серии 6М мощностью 6,15 МВт (на снимке). Причем RЕpower производит станции как для наземных, так и для прибрежных ветропарков. Заслуживает упоминания еще один немецкий производитель – компания Nordex. Основанная еще в 1985 году в Дании, эта фирма сегодня базируется в Германии и имеет производственный филиал в Китае. На сегодняшний день в мире установлено почти 5500 МВт ВЭУ марки Nordex. Японский гигант Mitsubishi Heavy Industries (MHI) начал заниматься исследованиями в области ветроэнергетики еще в начале 80‑х годов прошлого столетия, а первую ВЭУ мощностью 1 МВт выпустил в 1996 году. Сегодня компания производит станции мощностью 1 и 2,4 МВт и активно осваивает североамериканский рынок. В завершение следует упомянуть китайских производителей, которые в ближайшее время могут существенно изменить сложившееся на сегодняшний день положение благодаря бурному росту родного для них рынка (по прогнозам, в 2009 году в Китае вводилось в эксплуатацию около 10000 МВт ВЭУ).

16

Сегодня в Китае выпуском ВЭУ занимается в общей сложности несколько десятков компаний, наиболее крупными из которых (если не брать во внимание производственные филиалы уже упомянутых компаний Vestas, Suzlon, GE, Gamesa, Nordex and RЕpower) являются Xinjiang GoldWind, Sinovel Windtech и Dongfang Steam Turbine. Интересным представляется также тот факт, что часть рассмотренных производителей (Suzlon, Gamesa, Acciona) не только производит и продает ВЭУ, но и самостоятельно занимается строительством и эксплуатацией крупных ветропарков в различных регионах мира.

Доля производителей в установленной мощности ВЭУ в мире

4,0%

2,6%

11,8%

1,9%

4,8%

25,9%

5,6%

6,3%

11,1% 14,1%

11,9%

Vestas

Enercon

Gamesa

GE

Siemens

Suzlon

Nordex

REpower

Mitsubishi

Прочие

Acciona

17

18

Vcp ≥ 5,5

Азербайджан - ветер

После того как мы ознакомились с состоянием и развитием ветроэнергетики в мировом масштабе перейдем к нашей республике, Еще в 60 годах прошлого века впервые в Союзе в Азербайджане был составлен ветроэнергетический кадастр: т.е. представлена изодинамическая карта республики, определены средние скорости ветра, режимы повторяемости и т.д. В те годы из 90 ГМС были выбраны 58, и по ним велась обработка. Тогда уже было выявлено, что Апшерон с прилегающими островами и прибрежная зона Каспия являются с точки зрения ветровой энергии высокопотенциальным регионам, где среднегодовая скорость ветра на уровне ГМС (8­10м) находится в пределах 5,5­7,5 м/с. Работы проводились в Институте Энергетики. Далее в 80 годы прошлого века также впервые в Союзе Институтом Энергетики была организована непрерывная запись скоростей ветра на разных высотах 20, 50, 80, 120 м с использованием датчиков скоростей ветра входящих в комплект метеостанций М­49, выходы которых через согласующие устройства были выведены на самопишущие приборы Н­352. Аппаратура была размещена на телевышке (старой) г. Баку. Обработка данных позволила определить зависимость среднегодовых скоростей ветра от высоты: для Апшерона этот коэффициент лежит в пределах 0,15­0,25 (в среднем 0,2). Также было выявлено, что для этого региона на высотах свыше 150­200 м скорость среднегодовая изменяется очень незначительно. Был сделан вывод, что при проектировании высотных ВЭУ необходимо базироваться на интегральных ветроэнергетических характеристиках региона, освещающих экономическую сторону вопроса, но и принимать во внимание динамические характеристики ветра, определяющие технические аспекты функционирования ВЭУ. И наконец в конце прошлого века — в начале нынешнего, Институт совместно с японской консалтинговой фирмой «Томен» установил две вышки в районе «Гобустан» высотой 40 м с расположенными на них двумя анемометрами на высоте 40 и 30 м. Скорость ветра и его направление были записаны на ЧИПы с 10 мин осреднением и обработаны на ПК. Эти все исследования позволили определить общий потенциал выработки электроэнергии с помощью энергии ветра в указанном регионе, который составляет около 10 миллиардов кВтч. Это значит, что в долгосрочной перспективе в ветровых зонах республики (где Vср≥5,5 м/с на уровне ГМС), с учетом только 40 % использования земель, пригодных для размещения ВЭУ, можно разместить 1000 штук ВЭУ единичной мощностью 3 МВт, с число часов использования номинальной мощности равной 3000 – 3500 часов.

19

– 7,5 m/s;

– 7,0 m/s;

– 6,0 m/s;

20

– 5,0 m/s;

– 4,0 m/s;

– 3,0 m/s

ГМС Числовые характеристики

Баку

Сумгаит

о.Свиной

пос.Маштага

пос. Нефтяные камни

о.Жилой

о.Артем

Математическое ожидание

4,89

6,18

6,53

4,58

7,13

6,54

6,91

Среднее квадратическое отклонение

0,77

0,9

0,98

0,92

0,72

0,79

0,8

Доверительные интервалы с р=0,95

0,33

0,29

0,3

0,4

0,2

0,24

0,24

ГМС г. Баку г. Сумгаит о. Свиной пос. Маштага

Коэффициенты корреляции kкор 0,55

0,04

0,59

0,49

0,49

0,51

—0,07

0,4

0,44

0,47

0,33

—0,23

0,15

0,22

0,00

0,2

0,36

0,37

0,76

0,72

пос. Нефтяные камни о. Жилой

0,72

21

ГОБУСТАНСКИЙ РАЙОН АБШЕРОНА – ПЕРВЫЙ ПЛАЦДАРМ РЕАЛИЗАЦИИ ПЛАНА БОЛЬШОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ АЗЕРБАЙДЖАНА В свете выполнения «Государственной программы о необходимости использования в Азербайджанской республике альтернативных и возобновляемых видов энергии», утвержденной Президентом И.Алиевым oт 21 октября 2004г., лабораторией «Альтернативные источники энергии» Азербайджанского Научно­Исследовательского и Проектно­Изыскательского Института Энергетики продолжались научно­ исследовательские работы в области ветроэнергетики. Основные обобщения и выводы по предварительным изысканиям были представлены в научных отчетах прошлых лет. Здесь, с учетом расчетных ветровых характеристик, решалась задача по технико­экономическому обоснованию выбора конкретных мощных зарубежных ВЭУ, применительно заданного района применения. Эти исследования не могли претендовать на окончательный вариант, ввиду того, что не были известны подробные данные в области новейших разработок ВЭУ, расчеты по выработке эл. энергии в течении года проводились без учета коэффициента реальных потерь, не учитывалось направление розы ветров и т.д. В связи с вышеуказанным в этом проекте, выполненном лабораторией «Альтернативные источники энергии», уточнялись расчетные данные по ветровым характеристикам Гобустанского района Абшерона, приводился обоснованный выбор наилучших типов новейших зарубежных ВЭУ, а также данные по их расчетной мощности при работе в заданном районе размещения. Приводятся подробные технические характеристики выбранных ВЭУ, дается описание их конструктивных особенностей. Рассматриваются вопросы проектирования и размещения ветроэнергетического комплекса, а также вопросы подключения рассматриваемого выбранного ветроэнергетического комплекса к существующей электрической сети.

22

1.ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТНОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ ВЭС Предполагаемый участок размещения комплекса ВЭУ – (ВЭС) – район Гобустана расположен приблизительно в 30 км северо­западнее Баку на юг от основной трассы Баку­Шемаха, ориентировочная мощность ВЭС составляет 50 МВт. Рельеф местности колеблется в пределах от 150 до 340 м над уровнем моря. Площадь холмистая. На участке отсутствует растительность и земля очень ровная. Поблизости нет никаких орографических объектов, нет населенных объектов или отдельных зданий.

23

Расположение поблизости от асфальтированной трассы способствует беспрепятственной транспортировке оборудования от Баку или Сумгаита до места установки ВЭУ. Грунт твердый и каменистый, так что качество дороги, отходящей от основной трассы до объекта, кажется весьма приемлемым для транспортировки ВЭУ. Почва вокруг участка довольно стабильна и способна выдержать передвижение тяжелой техники. Количество осадков, могущих вызвать размывание почвы, в данном районе бывает весьма незначительно. На расстоянии примерно 11 км находится электрическая подстанция «Перекюшкюль­ 110 кВ», куда предполагается осуществить подключение ВЭС.

24

2. ОЦЕНКА ВЕТРОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Она проводилась на базе данных за 1999 год метеорологических станций Сумгаита, Маштага и о. Артем (Пираллаха). Все три станции характерны тем, что они все далеко от будущей ВЭС (Сумгаит – 20 км, Маштага ­ 45 км, Артем – 80 км) и ни одна из них не находится в сравнимых с выбранным участком условиях – Сумгаит и Артем находятся в непосредственной близости к берегу моря, а Маштага – недалеко от него. Плоскость их размещения можно считать одинаковой по отношению к уровню Каспия. Но Гобустан расположен на высоте до 340м, в холмисто­горной территории, поэтому делать прямой расчет ветровых характеристик только по данным метеостанции Маштага можно лишь приближенно. Но для корреляции базы данных измерений вполне пригодны, ибо они соответствуют нормам WMO. Эти расчетные данные оказались очень близки к данным ветровых характеристик, полученными институтом АзНИ и ПИ Энергетики с февраля 1999 г. по март 2000 г. По результатам сбора и обработки информации о ветровых режимах района Гобустана посредствам 2х анемометра, установленных на высотах 30 и 40 м, а также цифрового измерительного блока. Эти данные и явились основой при анализе ветровых характеристик исследуемого района, а также оценки его ветровых ресурсов.

25

Расчетные данные долгосрочных значений скорости ветра на участке Гобустан с использованием 20­летних данных метеостанции Маштага представлены таким образом в виде графика распределения Вейбулла:

Рис.График распределения Вейбулла (соотношение повторяемости в % от скорости ветра м/с) По данным расчета Вейбулла следует, что среднегодовая скорость ветра на высоте 40 м составляет 7,82 м/с

26

Как указывалось выше, эти данные не вполне соответствуют действительному ветровому потенциалу на участке Гобустана, потому что базируются на исходных данных метеостанции Маштага. Эта станция расположена на расстоянии 45 км от площадки Гобустана, что для комплексной местности слишком далеко. Расчет по определению ветрового потенциала в таком случае возможен лишь на равнинной местности, в этом случае направление и сила ветра меняются незначительно. Другое дело, когда это касается холмистой или горной местности. Здесь влияние топографии и орографии на расчетные результаты намного больше и становятся важными результаты непосредственных измерений скорости и направление ветра выбранного участка. Поэтому расчеты проводились на базе первичных данных измерений скорости ветра непосредственно на участке, представленные в научных отчетах лаборатории «Альтернативные источники энергии» за 2004, 2005 г.г.

27

28

29

30

31

2.1. Оценка ветровых данных по NASA Для первого грубого приближения можно брать за основу данные NASA. Для территории между географическими координатами западной долготы 40 и 41 градусов и северной широты 49 и 50 градусов, в данном случае, в координационной точке 40,5; 49,5 градусов NASA представляет, что 10­летняя среднегодовая скорость ветра на высоте 50 м над уровнем земли – 5,27 м/с, а на высоте стандартного флюгера 10 м – 4,16 м/с.

2.2. Оценка ветровых данных по RETScreen и NASA Канадская программа RETScreen в комплекте с базой метеорологических данных NASA оценивает ветровой потенциал на основании конкретной ветроустановки (ВЭУ). Если брать за основу данные NASA и вводить в них конкретные технические параметры ВЭУ типа V80 фирмы VESTAS и типа Vensys70 фирмы VENSYS, то получим среднегодовую скорость ветра на высоте ступицы 67м и 65м, соответственно – 6,5 м/с. Оба эти определения ветрового потенциала годны лишь для грубого представления о выгодности данного участка, т.е. говорит, что ниже этих расчетных скоростей быть не должно и для точных расчетов эти данные впоследствии не использовались.

32

2.3. Оценка ветровых данных по программе WindPRO WindPRO является самой современной и более применяемой системой по расчету и проектированию ВЭУ и ВЭС и служит точному определению ветрового потенциала участка, расчету выработки электроэнергии ВЭУ, шумовой нагрузки, экономичности, экологическому воздействию на окружающую среду и т.д. WindPRO работает в комплекте с системой моделирования WAsP. Объемный каталог всех производимых в мире ВЭУ со всеми техническими параметрами дает возможность сравнить преимущества и недостатки разных ВЭУ для каждого конкретного случая. Теория и обоснования изложены в Европейском Атласе Ветров. Расчеты WindPRO требуют ветровых исходных данных, собранных на различных метеостанциях. В Западной Европе эти данные уже введены в Европейский Атлас Ветров и включены в программу. Для объектов в других регионах мира необходимо вводить эти данные или в виде первичных данных измерений на участке или в виде обобщенных результатов рассмотрения долголетних измерений на метеостанциях (таблица Weibull). Рельеф местности участка ВЭС затем моделируется с использованием цифровых данных по топографии и орографии (состояние почвы, влияние наличия возможной растительности и наличия строений и т.д.), 20­ти метровое вертикальное размещение было использовано для оценки топографии местности вокруг участка ВЭС. Разрешение было сокращено до 50м для приближенных и до 100 м для отдаленных участков.

33

Период измерений: от 01.04.1999 до 31.03.2000 Интервал данных: среднечасовые параметры (8760 позиций) Высота измерений: 40м и 30м

Эти первичные данные были введены в программу WindPRO. В результате получили расчетную среднегодовую скорость ветра на высоте 40м – 8,2 м/с, что очень близко соответствует расчетной величине лабораторных расчетов – 8,09 м/с.

Месяцы

Рис. Среднемесячный график скорости ветра в течение года на участке Гобустан

34

3. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЭУ 3.1.1. РАСЧЕТ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ВЭУ ПО ИТОГАМ СКОРОСТЕЙ ВЕТРА ЗА 1999-2000 гг. НА ВЫСОТЕ 80 МЕТРОВ (кВт⋅ч) По методике института энергетики Азербайджана Типы ВЭУ Год Месяц Enercon E-66 Vestas V66/1,65 Tacke NEG Micon 1500 kW mW TW 1,5 1500/64 1999

Апрель

367666,41

360764,25

356245,59

342950,50

Май

573260,38

569060,00

563346,63

544337,50

Июнь

458890,66

450013,50

450360,91

431735,04

Июль

440319,03

433633,69

429721,47

412755,66

Август

592433,13

586565,81

584599,38

562364,00

Сентябрь

509349,94

502261,75

500755,25

482112,81

Октябрь

487728,63

480508,97

477335,91

459054,75

Ноябрь

496225,31

493138,69

485349,50

469814,47

Декабрь

639907,38

643570,75

627699,50

611048,63

Январь

546294,69

549242,81

531320,88

518012,22

Февраль

596727,75

595594,75

586738,50

569090,38

март

640286,30

638321,25

629741,75

610318,31

Итого брутто

6350523,61

6302676,22

6223216,77

6013617,71

Выработка Э нетто (-18%)

5207429,4

5168194,5

5103037,7

4931166,5

3,47

3,13

3,4

3,28

2000

Э =К Р

35

3.1.2. Выбор оптимальных типов ВЭУ по расчётам WindPro. Для выбора типов ВЭУ, возможных для использования в ВЭС «Гобустан», были проанализированы ряд их типов, данные которых представлены в таблице. Анализ производился на базе метеорологических данных местности и технических данных ВЭУ. ВЭУ Производитель

Модель

Мощность

Выработка э/энергии МВтч в год

Специфические параметры

МВт

Идеальная

Нетто (-18%)

МВтч / кВт

VENSYS

Vensys 62

1,2

5.040,8

4.133,4

3,44*

NORDEX

N 60

1,3

4.600,0

3.772,0

2,90

SIEMENS

Bonus 1,3

1,3

5.101,0

4.183,0

3,20

VENSYS

Vensys 70

1,5

6.222,0

5.102,0

3,40*

VESTAS

V66-1,75

1,75

6.285,0

5.154,0

2,95

VESTAS

V80-2,0

2,0

8.384,0

6.875,3

3,44*

Все исследуемые ВЭУ были сравнены с помощью специфических параметров выработки электрической энергии. В результате первые места заняли ВЭУ фирмы VESTAS (V80­2,0 МВт) и фирмы VENSYS (Vensys 62­1,2 МВт). На втором месте ВЭУ фирмы VENSYS (Vensys 70­1,5 МВт). На третьем месте ВЭУ SIEMENS (Bonus 1,3–1,315 МВт). Последнее и предпоследнее место распределились между фирмой NORDEX (N 60­1,3 МВт) и фирмой VESTAS (V66­1,75 МВт), соответственно. В соответствии с данными сравнительных расчетов рекомендованы 3 их наилучших типа, помеченные в таблице ­ *

36

3.2 Прогнозирование выработки электроэнергии установками Vestas и Sinovel Здесь рассматривается, и анализируются объем выработки электроэнергии ВЭУ типов Vestas V90– 3МW и Sinovel SL110–3МW, имеющих одинаковые высоты расположения ступиц ветрогенераторов – 90 м в условиях Апшеронской зоны. Следует отметить, что измерения ветровых характеристик в Гобустане проводились на высоте 40м, а высота ступицы выше перечисленных ветроустановок 90 м, поэтому по эмпирической формуле: α

h  V90 = V40  90  ,  h40  Измерения скоростей ветра на высоте 40 м проводились на период с апреля 1999 года по март 2000 года. Режим измерения скоростей ветра – 10­ти минутный, для упрощения дополнительным усреднением 10–и минутных значений в часовом диапазоне, было получено 8760 часовых значений скорости ветра. За указанный период были также проведены вычисления среднедневных скоростей ветра, определены их среднемесячные и среднегодовые значения. Анализ расчетных данных по среднемесячным скоростям ветра указывает, что эти значения находятся в диапазоне от 7,77 м/с до 10,7 м/с за исследуемый период, среднегодовое значение составляет 9,51 м/с, что подтверждает возможную высокую эффективность использования ветровых установок в рассматриваемом регионе. Результаты перерасчетов скоростей ветра с высоты 40 м на высоту 90 м при α=0,20 представлены в таблице. Известно, что данные скорости ветра можно сглаживать двухпараметрической функцией распределения Вейбулла, которая для исследуемой высоты выбранного региона представлена на ниже приведенном рисунке. По полученным данным среднесуточных скоростей ветра на указанной высоте и имеющимся табличным данным мощностных характеристик исследуемых типов ВЭУ был проведен посуточный подсчет мощности и, соответственно, соответственно, количества электроэнергии вырабатываемой каждой ВЭУ. ВЭУ.

37

Graph of distribution Weibull 0.12 r.u.

0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0

0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 20 V, m/s

38

39

На следующих рисунках представлены итоговые значения возможной выработки электроэнергии за год, ВЭУ Sinovel SL110–3 MW которое составила~12 млн.кВт·ч (нетто) и Vestas V90–3 МW, где выработка ~10 млн.кВт·ч. По полученным результатам можно сделать вывод, что для условий Абшерона выработка электроэнергии ветроустановками Sinovel SL110–3 MW на 19 % больше электроэнергии вырабатываемая Vestas V90–3 МW. А число часов выдачи номинальной мощности у Sinovel приблизительно составит 4100 часов, в то время как у Vestas около 3500 часов. Анализируя частоту повторяемости скорости ветра находим, что наиболее часто повторяемые скорости ветра лежат в пределах от 5 м/с до 12 м/с и соответственно большая часть вырабатываемой электроэнергии (Sinovel SL110–3 MW – 68 %, Vestas V90–3 МW – 63%) соответствует этим скоростям ветра. При выборе типа ВЭУ одинаковых мощностей, но с различными значениями расчетных скоростей ветра, для условий Абшерона, необходимо определит выработку каждого из ВЭУ, а потом сопоставлять эффект от увеличения выработки с капвложениями каждого из рассматриваемых ВЭУ.

40

Generation of electrical energy by plant Sinovel

Generation of electrical energy by plant Vestas

1800000 kW路h

1800000

1600000

1600000

1400000

1400000

1200000

1200000

1000000

1000000

800000

800000

600000

600000

400000

400000

200000

200000

0

0

3

0

4

5

3 4

6

7

5 6

8

9

7 8

10 11

12

13 14

15

16

17

18 19 20

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 V, m/s

0

kW路h

0

0

3

4

3 4

5

6

7

8

5 6 7

9

10 11

12

13 14

15

16

17

18 19 20

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 V, m/s

41

Vestas V90 TECHNİCAL DATA FOR VESTAS V90­3.0 MW

42

43

Sinovel SL110–3 MW

44

45

Новая электрическая подстанция «ВЭС Гобустан» На центральном месте участка Гобустан (С учетом основной ВЭС суммарной мощностью 50 МВт) строительство новой электрической подстанции 20/110 кВ. Эта подстанция компактного и модульного типа. Соединение новой подстанции «ВЭС Гобустан» к существующей сети От новой электрической подстанции «ВЭС Гобустан» до существующей электрической подстанции «Пирекюшкюль – 110» планируется строительство линии электропередач 110 кВ. (примерно 11 км). В связи с очень коротким сроком до введения в эксплуатацию ВЭС предлагается в одном из вариантов прокладка кабеля 110 кВ (алюминий, вероятное сечение 185 мм2, соответствующая изоляция). Эти кабельные линии 110 кВ в Европе являются стандартом техники и в широком масштабе используются при строительстве крупных ВЭС. Одновременно в изоляции 110 кВ­го кабеля при производстве включают стеклопроводку для использования в качестве коммуникационной линии. Таким образом отпадает необходимость в прокладке отдельной коммуникационной линии (цифровой телефонной).

46

47

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЭС 50 МВт Для ВЭС мощностью 50 МВт, общая стоимость оценивается приблизительно в 100 млн. дол, т.е. стоимость1 кВт установленной мощности составит около 2000 $. Если ВЭС будет состоять из 20 установок мощностью 2,5­х мегаватт каждая, то для условий Абшерона выработка электроэнергии (нетто) составит около 175 млн. кВт·час в год (если принять число часов выдачи номинальной мощности равной τ=3500, что вполне приемлемо для условий Абшерона) . Тарифный Комитет Министерства экономического развития республики установило оптовую покупную цену электроэнергии от ветроэлектростанций на уровне 4,5 коп/кВтч. За вычетом расходов на регламентные работы, зарплату персонала и проч. расходы общая прибыль от продаж составит около 7,5 млн. манат в год, в переводе на доллары США составит около 9,4 млн. долл. США. Таким образом, срок окупаемости ветроэлектрической станции окажется более 10 лет. Если привлечь частных инвесторов, то инвестор с учетом процента банковского кредита определит стоимость этой станции минимум в 110 млн. дол. и срок возврата первоначального капитала не более чем в 5 лет, поэтому он по грубым расчетам должен возвращать по 22 млн. долл. США в год. При этом покупная цена электроэнергии от ветроэлектрической станции должна составить около 10,5 коп. за 1 кВт·час. Если государство возьмет на себя обязательство в течении 5 лет доплачивать 6,0 коп. за 1 кВт·час выработанной электроэнергии, то это составит 52,5 млн. манат или 65,6 млн. долл. США, т.е. в год 13 млн. долл. США. С другой стороны для выработки 175 млн. кВт·час электроэнергии на тепловых станциях Азерэнержи при расходе в среднем 350 гр./кВт·час условного топлива потребуется 61,2 тыс. тонн условного топлива. В переводе на мазут это составляет около 43,7 тыс. тонн мазута в год. Если принять, что рыночная цена 1 тонны мазута составляет около 300 дол. США (наименее благоприятный вариант), то от продажи высвободившегося мазута государство получит около 13 млн. долл. США в год . Таким образом, государство может безболезненно скомпенсировать доплату в 6,0 коп. за 1 кВт·ч в течении 5 лет.

48