• В последнее время особый интерес вызывает тема возобновляемой энергетики, что весьма актуально в условиях постепенного истощения традиционных энергетических ресурсов. В наиболее развитых европейских странах, а также в США и Австралии все большее применение находят технологии получения электричества из энергии солнца и ветра. Александр Валерьевич Могиленко в своем материале рассматривает наиболее значимые проекты, реализация которых является заметным шагом в дальнейшем развитии и увеличении доли возобновляемой энергетики в мире.

Энергия солнца и ветра Крупные мировые проекты Александр Могиленко, к.т.н., начальник службы потерь и эксплуатации электрических сетей ОАО «Новосибирскэнерго»

Солнечная энергетика
Этот способ производства электроэнергии технически может применяться во многих регионах мира. Сравнительно благоприятными являются регионы, где солнечное излучение достигает 1900 кВт•ч на 1 м2 в год и более. Ими являются Северная и Южная Африка, арабский полуостров, большая часть Индии, центральная и западная части Австралии, высокие плато Андов, северо-восток Бразилии, Мексика, север и юго-запад США. Перспективными регионами в Европе являются Испания, Италия, Греция, а также некоторые средиземноморские острова.

Крупнейшая электростанция в Австралии
По информации французского издания Magazine Alternatives, крупнейшая в мире солнечная электростанция, которая будет построена в австралийском городе Burogna (625 км на юго-запад от Сиднея), возвысится на 1000 метров. Это будет самая высокая конструкция в мире – в 3 раза выше Эйфелевой башни и почти на 500 метров выше башни телекомпании CNN в Торонто (552 метра) [1]. Солнечная башня будет генерировать 200 МВт электроэнергии и сможет обеспечить потребности 200 тысяч жилых домов в радиусе 80 километров.
Ключевым элементом электростанции является солнечное поле, состоящее из большого количества параллельно расположенных рядов солнечных коллекторов, направленных с севера на юг (рис. 1), которые улавливают солнечный поток. Рефлекторы, состоящие из параболических зеркал, изготовленных из покрытого серебром стекла, концентрируют 80% солнечного излучения на трубу абсорбера в центре ряда коллекторов.
Принцип действия довольно прост. Используется свойство горячего воздуха, который поднимается в более холодные слои атмосферы, создавая ветер скоростью 30 км/час вокруг башни, где установлены 32 дисковые турбины мощностью 6,5 МВт каждая. В ночное время теплый воздух, регенерированный расположенными под панелями емкостями с водой, позволит электростанции продолжать работу. Немецкое конструкторское бюро SBP, отвечающее за проектирование, уже успешно апробировало эту концепцию в испанском городе Manzanares, где солнечная электростанция мощностью 50 МВт и высотой 194 метра функционирует уже в течение 7 лет.

Проект электростанции в Испании
В горах Guadix испанской провинции Granada компания Solar Millennium планирует строительство двух солнечных электростанций, сообщает швейцарский журнал Bulletin SEV/VSE [2]. С общей площадью коллекторов 1,1 млн м2 эти электростанции с параболическими желобами станут одними из крупнейших в мире. Они будут иметь мощность около 50 МВт каждая и один общий солевой термический накопитель. Ежегодно каждая электростанция должна генерировать 157 млн кВт•ч электроэнергии в испанскую высоковольтную сеть, что эквивалентно электропотреблению города, в котором проживает 180 тысяч человек.
На электростанции сооружаются 624 коллектора длиной около 150 метров (366 зеркал в каждом), то есть всего примерно 200 тысяч зеркал, площадь которых равна площади 200 футбольных полей. Термический накопитель состоит из 2 резервуаров длиной 14 м и диаметром 36 м, он вмещает 25000 тонн средства, аккумулирующего теплоту и позволяющего электростанции работать ночью.
Общий объем инвестиций в строительство обеих электростанций составит 380 млн EURO. Запуск первой электростанции предусмотрен на 2006 год. Вторая электростанция будет введена в строй примерно на полгода позже.
Основным экономическим мотивом строительства является себестоимость одного кВт•ч. Она составит всего 0,16 EURO, так что экономическая окупаемость установок вполне реальна. Реализация проекта позволит проверить инновационные решения и приобрести опыт строительства и эксплуатации подобных электростанций.

Ветроэнергетика
Перспективы
Сегодня суммарная мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) составляет 40 000 МВт. Но международную ветроэнергетическую отрасль в ближайшие годы ожидает существенный рост: по прогнозам, к 2012 году суммарная установленная мощность составит 150 000 МВт. Такой результат в 2004 году дали исследования, обнародованные на выставке Hamburg Messe.
Немецкий ветроэнергетический институт (DEWI) по поручению Hamburg Messe опросил производителей ВЭУ, а также проектных разработчиков. Согласно результатам опроса, пятью важнейшими рынками ветроэнергетической отрасли являются Франция, Великобритания, Австрия, Италия и США. По сравнению с подобным опросом 2002 года произошло значительное изменение: прежние перспективные государства Польша и Турция (согласно исследованию Wind-Energy-Studie 2002) не оправдали ожиданий.
Самой же большой ветроэнергетической страной мира остается Германия: мощность установленных ветроэлектростанций составляет 17 000 МВт. В Германии ожидают, что к 2030 году при помощи ветра будет вырабатываться 30 % всей электроэнергии страны.

Он-шоры и офф-шоры
Местоположение ВЭУ делится на две зоны – он-шоры (наземная часть) и офф-шоры (прибрежные районы морей). Еще недавно основную долю электроэнергии вырабатывали ветроэлектростанции в он-шорах, но с появлением более мощных и прибыльных ветроэнергетических установок, работающих в офф-шорах, ветроэнергетическая отрасль получает новое развитие. Одним из аргументов в пользу морских ветропарков (рис. 2) являются существенно более высокие доходы: в то время как установка 2 МВт в наземной части страны имеет максимум 2000 часов использования в год и производит не более четырех млн кВт•ч энергии, такая же установка в Северном море используется 4000 часов. Для установок от 3 до 5 МВт годовая величина генерации составляет от 12 до 20 млн кВт•ч.
Сегодня существует 12 офф-шорных ветропарков общей мощностью 280 МВт, которые расположены в морях по всему миру. Через несколько лет только в Северной Европе, согласно справке европейского ветроэнергетического агентства EWEA, планируется внедрение установок общей мощностью 20 000 МВт. Это эквивалентно суммарной мощности ветроэлектростанций (23 000 МВт), установленных за последние 20 лет в наземной части континента.
Офф-шор ветроустановок Rodsand/Nystedt (Дания) общей мощностью 165 МВт является сегодня крупнейшим морским ветроэнергетическим узлом. Там работают 72 установки по 2,3 МВт. Сейчас разрабатывается установка «3-МВт-plus-X» с диаметром ветроколеса 100 метров.
GE Wind Energy располагает самым мощным оборудованием 3,6 МВт для офф-шоров (рис. 2). Этим летом должен быть введен в работу самый высокопроизводительный тип ВЭУ для морских офф-шоров около Ирландии (10 км от побережья): машина мощностью 3,6 МВт с диаметром ветроколеса 104 метра и высотой оси 73,5 метра. В «пилотной стадии» ветропарк мощностью 25 МВт должен обеспечивать потребление 16 000 домов.
Уже построен ветропарк датской компании Roedsand в Балтийском море, южнее города-порта Gedser: в августе 2003 года сооружены последние 95 ВЭУ по 2,2 МВт. Каждая из этих установок генерирует 4,8 млн кВт•ч электроэнергии в год.

Рис. 1 Ряд коллекторов солнечной электро- станции (фото Solar Millennium)

Рис. 2 Установка в ветропарке Arklow, Ирландия (фото GE Wind Energy)

Рис. 3 Ветроустановка Nordex

Самые мощные установки
Многомегаваттная генерация сегодня уже является реальностью. По информации журнала Bulletin SEV/VSE, несколько производителей серийно выпускают установки мощностью порядка 2 МВт, некоторые построили прототипы мощностью 3 МВт и более [3]. Даже 5 МВт не является сегодня запредельной величиной.
Компания NEG Micon A/S, недавно вошедшая в концерн Vestas (Дания), установила в датском местечке Risoe-Testfeld прототип ВЭУ мощностью 4,2 МВт с 110-метровым диаметром ветроколеса.
Германский производитель Repower построил весной 2004 года прототип установки мощностью 5 МВт со 120-метровой стальной башней недалеко от города Brunsbuettel. ВЭУ должна вырабатывать ежегодно около 20 млн кВт•ч электроэнергии. Новые высокопроизводительные установки многомегаваттного класса требуют инновационных решений от поставщиков: компоненты должны быть более легкими. Обычно с увеличением мощности установки пропорционально увеличивается вес передаточного механизма вследствие роста крутящего момента. Передаточный механизм для установки в 2,5 МВт весит 20 тонн, в то время как передаточный механизм для установки мощностью 5 МВт весит уже около 63 тонн.
Общая масса самой установки достигает 350 тонн. Нагрузки, которые действуют на ВЭУ, невероятны. Их дальнейший рост необходимо ограничивать, так как это создает проблемы как в статике, так и при транспортировке, логистике и т.п.

Самое крупное в мире крыло
Новейшей разработкой в рассматриваемой области является самое большое в мире крыло. Каждая из трех лопастей ветроколеса установки 5 МВт компании Repower имеет длину 61,5 метра. Эта лопасть бьет все рекорды: при диаметре ветроколеса более 120 метров охватывается плоскость 12568 м2, почти как футбольное поле. Лопасть состоит из двух соединенных частей общей массой 17 тонн. Датчане выпустили 4 экземпляра новых лопастей: три для рекордной установки 5 МВт и одну для проведения нагрузочных тестов.

Перспективные ветропарки
Запланировано строительство ветропарков на озерах в Нидерландах (устье реки Scheldt/100 МВт, Ijmuiden/100 МВт), в Дании (Laesoe/150 МВт, Omo Stalgrunde/150 МВт, Gedser Rev/15 МВт, Rodsand/600 МВт), в Швеции (Lillgrund Bank/48 МВт, Barsebank/750 МВт), в Ирландии (Kish Bank/260 МВт, Arklow Bank/200 МВт), а также в Великобритании, где проектировщики планируют строительство 13 морских ветропарков.
В США в 2005 году началось строительство самого большого в мире ветропарка Cape Cod у побережья в Массачусетсе, который будет иметь мощность 468 МВт.

Стоимость
Современная ВЭУ мощностью 2 МВт стоит в среднем около 2,5 млн EURO. Небезынтересно узнать, какие ее компоненты в большей степени влияют на ее стоимость?
По данным журнала Neue energie (Германия), на примере ветроэлектростанции одного из германских производителей Repower (длина каждой лопасти ветроколеса 40 метров, высота башни 100 метров, мощность 2 МВт), 33 % суммарной стоимости приходится на башню; 18% стоят лопасти; 14% – стоимость планетарной многоступенчатой коробки передач; 6% приходится на преобразователь постоянного тока в переменный, необходимый для подключения ВЭУ к электрической сети. Остальные компоненты ветроэнергетической установки вносят в ее цену менее 5 % каждый.

В заключение хотелось бы отметить, что одним из основных стимулов развития возобновляемой энергетики является государственная поддержка. Совершенно очевидно, что и в России рассчитывать на серьезное развитие представленных в статье экологически чистых технологий можно будет только при соответствующем уровне поддержки со стороны государства. Тем более что у нас есть регионы с очень большим потенциалом использования энергии солнца и ветра (например, регионы Северного Кавказа).

Литература

1. A record solar tower // Magazine Alternatives, Issue 2, 1st quarter 2003.
2. Gigantisches Solarkraftwerkprojekt in Spain // Bulletin SEV/VSE, № 10, 2004.
3. Multi-Megawatt-Windkraftanlagen fordern neue Hoechstleistungen // Bulletin SEV/VSE, № 10, 2004.