В поисках энергии. Ресурсные войны, новые технологии и будущее энергетики - Мацак Олег (читаем книги .TXT) 📗
Проблема прерывности
Одна из проблем связана с характером потребления электроэнергии и характером ветра. Потребление электроэнергии постоянно колеблется – люди включают и выключают свет в помещениях и компьютеры, на заводах включаются и выключаются электродвигатели, а при повышении температуры воздуха летом в домах и на предприятиях включают кондиционеры. Чтобы реагировать на такие колебания практически мгновенно, энергосистеме нужна электроэнергия, которая, как говорят энергетики, является передаваемой, т. е. такие источники, электроэнергию которых можно передать по системе в течение нескольких секунд. Большинство генерирующих мощностей дают электроэнергию, являющуюся передаваемой с 95 %-ной вероятностью.
Но электроэнергию, вырабатываемую ветрогенераторами, нельзя считать передаваемой. Это усложняет задачу сравнения ветровой энергии с другими источниками. Как и в случае с солнечными батареями, мегаватт установленной ветрогенерирующей мощности дает не то же количество электроэнергии, что и мегаватт угольной электростанции. Из-за прерывности ветра фактическая выработка электроэнергии ветрогенератором – его полезная мощность – составляет лишь треть от номинальной мощности. Даже в районах с очень хорошими ветровыми ресурсами ветрогенераторы обычно вырабатывают электричество только 30–40 % времени (в отдельных районах – до 50 %). К тому же характер ветров и характер потребления электроэнергии необязательно совпадают. Во многих местах наибольшую силу ветер имеет ночью, а также весной и осенью. А пиковое потребление электроэнергии наблюдается днем, а также летом и зимой28.
Вот что сказал на этот счет топ-менеджер одной калифорнийской энергокомпании: «Ветер дует, как правило, когда мы в нем не нуждаемся, – ночью. А когда становится жарко, он не дует». Ветровую генерирующую систему должна дополнять газовая генерирующая система, что существенно увеличивает расходы. С ростом индустрии ветроэнергетики прерывность ветра будет становиться все более серьезной проблемой и в Китае. Лю Чжэнья, глава Государственной электросетевой корпорации Китая, в связи с этим заметил, что многочисленные ветровые «Три ущелья», которые планируется построить, придется дополнять мощностями, работающими на природном газе, угле и атомной энергии29.
Вторая составляющая затрат – это так называемые расходы на интеграцию. Ветропарки по своей природе рассредоточены и зачастую находятся в отдаленных районах. В результате, чтобы ввести ветровую электроэнергию в энергосистему и доставить ее потребителям, необходимы значительные дополнительные инвестиции в линии электропередачи. Это требует сотен миллиардов долларов и регулирования, а также ведет к ожесточенной борьбе за полосы отчуждения и к спорам между собственниками линий электропередачи30.
Приоритетом номер один при управлении энергосистемой является обеспечение стабильности ее функционирования. Если не будет стабильности, энергосистема выйдет из строя, и целые регионы останутся без электричества. Это вызывает сильную обеспокоенность, особенно на фоне продолжающегося роста доли возобновляемых источников энергии.
Однако ряд специалистов утверждают, что такие препятствия, как прерывный характер и интеграция, можно устранить путем расширения и усовершенствования системы передачи электроэнергии и формирования более гибкой энергосистемы, которая может использовать рассредоточенные качественные ветровые ресурсы. «При географической рассредоточенности ветровых ресурсов их надежность выше», – сказал Джеймс Дельсен. Джон Веллингхофф, глава Федеральной комиссии по регулированию энергетики (FERC), отметил, что «многообразие ветров на побережье» означает, что США «могут получать ветровую энергию практически на постоянной основе»31.
Прерывность ветра является серьезной проблемой в контексте роста индустрии в будущем. Коммунальная компания штата Колорадо, отделение компании Xcel Energy, на сегодня имеет наибольшую в стране долю ветровой энергии в структуре производства электроэнергии – почти 15 %. Она пришла к выводу, что может ввести ветровое электричество в свою энергосистему без создания дополнительных резервных мощностей, если изменит практику управления другими источниками электроэнергии, в том числе угольными электростанциями. Но Колорадо, в отличие от многих других штатов, располагает качественными ветровыми ресурсами, причем неподалеку от основных населенных пунктов штата.
Существует и еще одна проблема – противодействие защитников окружающей среды. Большинство природоохранных организаций выступают в поддержку ветровой энергии, но есть и такие, которые выступают против. Они не хотят, чтобы ветропарки строились на федеральных землях и в районах с первозданной природой. Против ветропарков зачастую выступают и местные жители, которым не нравится, что ветровые установки портят вид, а их лопасти издают неприятный звук.
Противодействие строительству ветропарков со стороны местных жителей проявляется во многих странах мира. В Германии общественность в целом положительно относится к ветрогенераторам, а вот в Великобритании – нет. В Соединенном Королевстве, располагающем лучшими ветровыми ресурсами в Европе, противодействие строительству ветропарков на суше очень сильно. «Я пять лет пытался реализовать проект в Великобритании, – сказал один европейский специалист по ветропаркам. – Это был сущий ад»32.
Морской рубеж
Вопрос стоимости становится особенно актуальным при освоении нового рубежа ветровых технологий – морского. Установка ветрогенераторов в океане обеспечивает доступ к более сильному и стабильному ветру. К тому же там отсутствуют препятствия для ветров – горы, долины, здания, деревья. Европейский союз провозгласил морскую ветроэнергетику важной составляющей в контексте своей цели по возобновляемым источникам энергии, 20 % к 2020 г. В 2010 г. в Великобритании у побережья графства Кент заработал крупнейший в мире морской ветропарк стоимостью $1,2 млрд – 100 ветрогенераторов общей мощностью 300 МВт. Сегодня на морские ветропарки приходится лишь незначительная доля ветрогенерирующих мощностей Европы, но цели очень амбициозны. Великобритания планирует выйти на 18 ГВт морских ветрогенерирующих мощностей к 2020 г., а Германия за то же время – на 10 ГВт33.
Морские ветрогенераторы могут быть гораздо крупнее, поскольку их не нужно транспортировать по дорогам. Их, как и нефтяные платформы, можно собирать в доках и затем перевозить к месту установки на баржах. Таким образом, если мощность наземных установок ограничивается примерно 3 МВт, то мощность морских установок может достигать 7–10 МВт. Некоторые из разрабатываемых сегодня ветровых установок настолько велики, что будут иметь вертолетную площадку.
Однако достичь целей ЕС очень непросто. Стоимость морских ветропарков, по оценкам, в два-три раза превышает стоимость наземных. К тому же в открытом море технические сложности возрастают многократно в силу суровости окружающей среды.
Установить такие гиганты на морском дне очень нелегко. Их также необходимо переработать – «адаптировать к морским условиям». Они должны противостоять постоянному воздействию приливов и волн, соли, ветров и штормов. Серьезной проблемой является коррозия, а также угроза проникновения воды внутрь и повреждения ею электроники. Помимо этого, морские установки гораздо сложнее ремонтировать. На то, чтобы выйти в неспокойное море и починить поврежденный редуктор, может уйти до шести недель, что приведет к существенному уменьшению выработки электричества. «Это довольно парадоксальная ситуация, – сказал один производитель ветрогенераторов. – Вы выбираете самые ветреные места, но вам приходится ждать, пока ветер стихнет и погода улучшится, чтобы попасть туда». Стоимость интеграции тоже выше. Требуются долговечные кабели для соединения установок с подстанцией и с сушей. Эти кабели должны быть значительно более стойкими, чем наземные кабели, что, несомненно, повысит стоимость интеграции34.
