Развитие оффшорной ветроэнергетики
Проект Lillgrund, Дания. 48 ветрогенераторов SWT-2.3 93 мощностью 2.3 МВт.
История ветроэнергетики берёт начало с древнейших времён. Уже более 6000 лет люди используют силу ветра.
Первые элементарные ветряные машины применялись в глубокую древность в Египте и Китае. В 200 г. до н.э. ветряные мельницы использовали для помола зерна. Ветряки такого типа были широко известны в исламском мире и в XIII ст. вместе с походами крестоносцев попали в Европу. С этого времени начинается широкое использование ветряных установок в западной Европе. Ветряные машины применялись для подъема воды, помола зерна, приведения в движение различных механизмов в Голландии, Англии и Дании.
Первые ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в XIX ст. в Дании. Там же, в 1980 году, была построена первая ветровая электростанция. До 1908 года в Дании насчитывалось уже 72 ветровых электростанции с установленными мощностями от 5 до 25 кВт [1].
Первый экземпляр 15-метровой четырехлопастной установки с ротором, диаметр которого насчитывал 30 м, был выпущен в Берлине в 1926 году. После этого было предпринято и реализовано множество шагов в области развития ветроэнергетики. Создавались установки для морских и речных судов, конструировались установки различного типоисполнения с целью увеличения КПД. Двухлопастный агрегат с 30-ти метровым диаметром лопастей был установлен в 1931 году в Крыму. В 40е годы XIX ст. в США выпускались установки мощностью от 1250 кВт. Но… с 1940 по 1970 годы развитие ветроэнергетики приходит в упадок. Т.к. нефть оставалась сравнительно дешёвой, широко развивалась гидроэнергетика, росли инвестиции в строительство тепловых электростанций, развитие ветроэнергетики в промышленных масштабах оказалось не конкурентоспособным и показало свою несвоевременность [4].
Только после очередного нефтяного кризиса, после сильного скачка цен на нефтяные продукты в 70-е годы XIX ст. энергетические аналитики обратили своё внимание вновь на ветроэнергетику. С этого же времени начинается новая глава в истории ветроэнергетики, наибольшее развитие которой приходится именно на последнее 20-летие.
Нетрадиционные источники энергии стремительно развиваются в последнее время, огромное число ветропарков ежегодно возводится по всему миру. Главным критерием для инсталляции ветроустановок является среднегодовая скорость ветра, однако территории с высокой среднегодовой скоростью ветра не безграничны. Особенно эта проблема актуальна для густозаселённой территории Европы. Конечно, можно было бы строить ветропарки на континенте, не на территории Европы, но передача энергии была бы настолько дорога, что это было бы бессмысленно. Выход всё же был найден – это прибрежные территории морей. Местами глубины некоторых морей достигают десятков метров, при этом эти территории не заняты в промышленной деятельности.
Среднегодовая скорость ветра на побережьях выше, чем на суше, что способствует производству большего числа электроэнергии. Например, средняя глубина Северного моря 96 м, а общая площадь 544 тыс. кв. км, поэтому не удивительно, что большая часть оффшорных ветропарков расположена именно здесь. Парки располагаются также в близи больших промышленных центров – это позволяет значительно снизить передачу энергии по ЛЭП и КЛЭП. Также расположение ветропарков на расстоянии 10-12 км от берега совсем не нарушает морской пейзаж.
Однако, не смотря на множественные преимущества развития оффшорной ветроэнергетики, имеются также и свои недостатки – строительство оффшорного ветропарка намного дороже, чем строительство ветропарка на суше. Покрыть расходы на строительство может только достаточное количество производимой ветропарком энергии. Эксплуатация и обслуживание оффшорного ветропарка сложнее и дороже, чем ветропарка, расположенного на суше. Монтаж, установка, обслуживание и ремонт из-за режима работы в морских условиях становятся сложнее. Прежде всего, необходимо решить вопросы, которые возникают при установкой оффшорного оборудования. Это вопросы, связанные не только с движением судов и рыбным промыслом, но и с экологической обстановкой региона, в котором планируется установка ветропарка. Установка оффшорного оборудование – это внедрение в микрофлору и микрофауну региона, и нарушение уже существующего природного баланса. Несмотря на все эти аспекты, сегодня продолжается стремительное развитие этой области нетрадиционной энергетики, и внедряются всё новые решения и идеи.
Первопроходцем в области развития оффшорной ветроэнергетики по праву называют Данию. Именно в этой стране в 1991 году был открыт первый в мире оффшорный ветропарк Vindeby (ещё известный, как Ravnosbogr). Этот ветропарк, мощностью 5 МВт, состоял из 11 ветрогенераторов фирмы Siemens (каждый – мощностью 0.45 МВт). Установленная мощность оффшорных ветропарков Дании, по сведениям европейской ассоциации ветроэнергетики EWEA, достигла 3.60 МВт в 2011 году. Лидерами оффшорного ветрорынка считаются Великобритания и Германия. Установленная мощность этих стран составила в 2011 году 752.45 МВт и 108.30 МВт соответственно. Следует отметить, что за 2011 год в Великобритании было установлено 200 новых ветрогенераторов, в то время, как в Германии – 33, а в Дании всего лишь 1 [2].
Принцип работы оффшорного ветропарка мало чем отличается от работы ветропарка, расположенного на суше. Различия состоят лишь в условиях эксплуатации. Из-за условий работы в солёной воде, оффшорные ветроустановки должны иметь более высокие условия устойчивости и прочности. Эти условия повышают требования к материалам, из которых, собственно говоря, и производятся ветроагрегаты.
Ветроустановка состоит из Фундамента (1) (Рисунок 1) . Направленный поток ветра, под влиянием аэродинамичекой силы, попадает на Лопасти (2), которые через редуктор связаны с генератором. Редуктор и генератор расположены в Гондоле (3). Генератор вырабатывает электроэнергию, которая транспортируется по Подводным кабелям (4) сначала на Оффшорный трансформатор (5), а затем уже на Береговую подстанцию (6).
Рисунок 1 - Принцип работы оффшорного ветропарка
В зависимости от типа и глубины поверхности, существуют различные виды фундаментов: Гравитационные (Gravity based, применяются на глубинах до 10 м, Рисунок 2, а,б), Свайные (Monopiles – на глубинах до 20…30 м, в), Тренога (Tripod – для глубин свыше 30 м, г), Ферменные (Jacket – для глубин свыше 30 м, д), Трёхсвайные или трёхопорные (Tripile – для глубин свыше 30 м, е). На глубине более 50 м установка фундаментов становится очень дорогостоящим процессом
Рисунок 2 - Виды фундаментов
Лидирующее место в производстве оффшорных ветроустановок сегодня занимает немецкая фирма Siemens. 200 ветроустановок этого концерна было установлено в 2011 году, что составило 85% от всего мирового количества установленных агрегатов. Вторая позиция принадлежит фирме REpower с её 22 установленными установками (9%). Затем следуют BARD – 12 агрегатов (5%) и датская фирма Vestas, которая установила только 1 ветроагрегат за 2011 год. Наиболее популярными являются сейчас модели фирмы Siemens: 2,3-93 и 3,6-107.
В общем, более 50% (698 установок) всех установленных ветроагрегатов в Европе произведены фирмой Siemens. Фирма Vestas со своими 533 установками занимает 2 место на рынке (39%). Остальные 10% делят между собой фирмы REpower(3%), WinWind, BARD и GE (все по 1%), а также фирма Areva Wind [2].
Предприятия SSE renewables (245.9 МВт, 28%), RWE (190.8 MВт, 22%), DONG (168.1 MВт, 19%), Vattenfall (111.7 MВт,13%) и ENBW (48.3 MВт, 6%) установили 88% оффшорной европейской мощности в 2011 году. Учитывая инвестиции, вложенные фирмами Statoil и Statkraft, это число увеличивается до 90% [5].
Совсем недавно начались установка и монтаж новых типов морских ветроустановок – Windfloat.
Рисунок 3 - Новый тип оффшорной ветроустановки – Windfloat
Principle Power Inc и Energias de Portugal (EDP) запустили в эксплуатацию в декабре 2011 года около побережья Португалии первый в мире (мощностью 2 МВт) плавающую ветроустановку серии WindFloat. Это установка в которой не используют твердую конструкцию для фундамента. Монтаж и подготовительные работы перед введением в эксплуатацию были проведены «на земле». Проект WindFloat – это результат совместной работы EDP, Principle Power, A. Silva Matos (ASM), Vestas Wind Systems A/S, InovCapital, и Fundo de Apoio a Inovacao (FAI). В ближайшем будущем установка и эксплуатация подобных установок планируется не только в Атлантическом море.
Оффшорная ветроэнергетика продолжает стремительно развиваться и, несмотря на дороговизну оффшорной электроэнергии, данная область энергетики имеет огромные перспективы.
Я считаю, что за нетрадиционными источниками энергии – будущее, но в то время, как все развитые страны мира уже добились огромных успехов в области развития регенеративных источников энергии, говорить о своевременности перехода энергетики нашей страны в русло альтернативной, более экологичной, пока еще очень рано. Имея огромный природный потенциал для развития энергии солнца и ветра, мы все еще продолжаем снабжать атмосферу, используя несовершенное оборудование ТЭС, выбросами вредных веществ. К сожалению, в Украине нет ни одной оффшорной ВЭС, хотя все предпосылки для их строительства в нашей стране имеются. Несмотря на то, что существует уже множество проектов строительства как ветропарков, так и солнечных электростанций на территории Украины (например, 2 проекта строительства ветропарка компанией ДТЭК на побережье Азовского моря в Запорожской области [6], в Крыму уже построена одна из крупнейших солнечных электростанций (СЭ) "Омао Солар" в мире [7]), для достижения лидирующих позиции в области альтернативной энергетики, нам еще далеко. Пока в сознании нашего населения не появится любовь к окружающему миру и природе, мы и далее будем отравлять атмосферу,а вместе с ней и всё живое вокруг, вредными выбросами ТЭС. Пока в сознание нашего населения не появится любовь к «родному дому», к нашей, богатой ресурсами стране, развитие нетрадиционных источников энергии никогда не займёт людирующие позиции среди источников получения энергии в Украине.
- Ветряная электростанция - Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org....
- EWEA „Wind in power: 2011 European statistics“, 02.2012 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ewea.org....
- DEWI [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.dewi.de....
- А.Н. Бобков, Н.Г. Каптуренко, «Альтернативная энергетика. Идеи для отечественного бизнеса и мировой опыт», МСПСБ-ПРЕСС, Донецк, 2009.
- GWEC „Global wind statistics 2011“, 07.02.2012 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gwec.net....
- «Запорожское время», 08.08.2009 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://timeszp.com....
- «Электроустановки» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ukrelektrik.com....