ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА | Sineps invest

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА

Изменения возможны. К 2050 году почти 80 % мировой потребности в энергии может быть получено из возобновляемых источников энергии – такое заключение делает по результатам одного из исследований Всемирный совет по климату IPCC. Только одна сила ветра может обеспечить 20% будущего возобновляемого энергетического коктейля. Сегодня во всем мире сила ветра используется для производства всего 0,2 % энергии, которая покрывает только 2% потребности в электрическом токе - значение, которое будет расти быстрыми темпами.

Экономический кризис не смог надолго остановить тенденцию перехода к ветроэнергетике. На конец 2010 года в эксплуатации находились ветряные электростанции с установленной мощностью 195 ГВт, на 35 гигаватт больше, чем годом ранее. В 2011 году Всемирная ассоциация ветровой энергетики рассчитывает на увеличение мощности еще на 40 гигаватт.

Наиболее быстро ветровая энергетика развивается в Китае, где, начиная с 2005 года, установленная мощность ветряных электростанций ежегодно удваивается. Китай со своей суммарной мощностью 42 гигаватта опередил США с их 40 гигаваттами, только за прошлый год были установлены 16,5 ГВт. Далее следуют: Германия -27, Испания - 20 и Индия - 13 гигаватт.

Не все зависит только от размера установок, и это наглядно доказывает Испания со своим более молодым по сравнению с Германией поколением ветряных электростанций. С меньшей суммарной установленной мощностью Испания произвела в 2010 году - также и за счет более благоприятной ветровой ситуации – значительно больше электроэнергии, чем Германия (около 43 000 гигаватт-часов) и покрыла 16,4% национального спроса на электроэнергию. Германия насчитала 36 500 гигаватт-часов, или 6,2% потребления электроэнергии в стране. Однако, с учетом размера страны, лидером остается Дания. Нигде не производится больше ветровой энергии на душу населения.

Большой потенциал для дальнейшего развития ветроэнергетики предоставляет Юго-Восточная Европа. Делать ставку на возобновляемые источники энергии имеют основание особенно те страны, чьи потребности в энергии в ближайшие несколько лет с ростом экономики сильно возрастут. В Хорватии на конец 2010 года было установлено всего 89 мегаватт ветряной энергии, в Венгрии - 295, в Словакии не более 3 мегаватт. Такие страны, как Болгария и Румыния в последние годы используют немного больше энергии ветра, сильно прибавила в последнее время Турция. "По прогнозам в 2015 году объем рынка возобновляемых источников энергии Юго-Восточной Европы составит чуть более семи миллиардов евро, - говорит Генрих Хаумер, директор дивизиона возобновляемой энергетики кластера Центральной и Восточной Европы, Siemens. - Большая часть придется на ветроэнергетику.

Динамика развития ветроэнергетики нарастает, поскольку среди новых экологически чистых источников энергии она является наиболее технически зрелой и конкурентоспособной. Катастрофы, наподобие японской АЭС Фукусима, постоянко растущие цены на нефть, глобальное обязательство по резкому снижению выбросов СО2 и требования ЕС, перевести к 2020 году пятую часть производства энергии на возобновляемые источники, только еще более ускорит эту тенденцию. "С нашим портфелем заказов более чем на десять миллиардов евро и быстрым расширением нашей международной производственной базы мы в состоянии стать до 2012 года одним из трех ведущих мировых поставщиков ветровых турбин", - говорит Вольфганг Деен, глобальный шеф энергетического сектора компании Siemens.

Прибрежные районы особенно привлекательны для строительства ветряных электростанций. Преимущества оффшорных ветряных электростанций очевидны: По сравнению с глубинными районами суши на море преобладают более сильные и равномерные воздушные потоки. Однако строительство и эксплуатация установок в открытом море предъявляет особые требования к прочности ветровых турбин. Чем дальше от побережья, тем глубже морское дно, враждебнее среда, тем больше нагрузка на технику. Масштабная задача – начиная с транспортировки и установки, подключения к сети и заканчивая сервисом и ремонтом.

Поэтому и ведутся работы по всем направлениям развития технологий, начиная с большей индустриализации строительства морских установок и заканчивая разработкой интеллектуальных систем датчиков для мониторинга этих установок. Одним из самых интересных исследовательских проектов на сегодняшний день являются плавающие ветряные электростанции, разработанные Siemens в сотрудничестве с норвежской энергетической компанией Statoil, которые позволяют отвоевывать для ветряной энергетики новые территории. Первый прототип уже работает на норвежском побережье. Сердцем электростанции является 120-метровый плавучий элемент из стали, бетона и балластной емкости, которая погружает конструкцию на такую глубину, чтобы ее центр тяжести находился ниже поверхности воды на достаточном уровне. Это должно защитить от качки даже при высоких волнах. Чтобы платформа не оторвалась, ее закрепляют гибкими стальными тросами на якоре на морском дне. Исследователи надеются, что таким образом ветровые турбины можно будет надежно устанавливать на глубинах до 700 метров.

Существуют мощные электростанции, которые установлены в море вокруг Европы, особенно в Великобритании и скандинавских странах. Даже в Германии делается все большая ставка на оффшорные ветряные электростанции. В целом, потенциал ветроэнергетики в открытом море в Европе оценивается в 100 ГВт, из них на сегодняшний день используется только 2%. Европейская ассоциация ветроэнергетики (EWEA) прогнозирует, что к 2020 году будет доступно до 40 ГВт установленной мощности оффшорных электростанций. И, конечно, здесь необходимо больше использовать потенциал побережья США и Китая.

Следовательно, окончания бума на оффшорную ветроэнергетику не предвидится. Несколько крупных проектов находятся в стадии разработки, в последнее время Siemens, лидер на рынке оффшорного бизнеса, получил заказ на оффшорный ветропарк Borkum Riffgrund. Здесь, в 55 км от немецкого побережья Северного моря, на глубине около 30 метров будет установлено 89 ветровых турбин с диаметром ротора 120 метров. С 2014 года ветро-парк мощностью 320 МВт будет поставлять чистую электроэнергию почти 330 тыс. домохозяйств.

Несмотря на то, что производство экологичной энергии из ветра в открытом море имеет огромный потенциал и технические объемы, перспективы сухопутной ветровой энергетики не намного хуже. В Германии около 65 % потребности в электроэнергии могут быть покрыты за счет сухопутной ветроэнергетики. Таковы результаты исследования ветроэнергетики и ее системных технологий, представленного Институтом Фраунгофера в апреле этого года. Для этого не обязательно устанавливать ветровые турбины по всей стране. Двух процентов общей площади Германии будет достаточно, если устанавливать турбины мощностью 3 МВт с высотой ступицы в среднем 100 метров. В Австрии также есть регионы с почти идеальными климатическими условиями для строительства ветряных электростанций, например Вайнфиртель или Нордбургенланд. На начало 2011 года к энергосети в стране было подключено 625 ветровых турбин общей мощностью 1011 МВт, которые ежегодно производят около 2 100 гигаватт-часов электроэнергии – это потребности около 600 тысяч домохозяйств. Австрийская компания IG Windkraft подсчитала, что необходимо удвоить текущую установленную мощность, чтобы заместить импорт электроэнергии в объемах 2010 года (включая атомную энергетику). Ожидается, что в этом году будут установлены новые ветровые турбины суммарной мощностью 120 МВт: "Однако, хотелось бы достичь скорости увеличения мощностей предыдущих лет, которая составляла около 200 МВт в год," – говорит Стефан Мойдл, исполнительный директор IG Windkraft.

Прогресс последних лет сказался также и на стоимости крупных ветровых установок. Начиная с 1990 года, цены на ветровые турбины упали более чем на 30%, при значительном увеличении их эффективности. Первые ветряные электростанции 1980-х годов достигали номинальной мощности 55 кВт и производительности 35 000 киловатт-часов в год. Сегодня крупные установки имеют мощность 6 000 кВт и более, поставляют около 20 млн. кВт-ч электроэнергии, работают не только эффективней, но и тише и спокойней, а также лучше интегрированы в электросеть.

Ветровые турбины без редуктора от компании Siemens относятся к одним из последних технических новинок на рынке. Обычно редуктор преобразует низкое число оборотов ротора ветровой турбины в высокую скорость вращения для производства электричества. В системе без редуктора синхронный двигатель при помощи постоянного магнита преобразует движение ротора непосредственно в электроэнергию, что значительно повышает эффективность установки. Это означает больше мощности при меньшем весе, вполовину меньшее число компонентов и, с учетом меньшего количества вращающихся деталей, меньше затрат на обслуживание, что, в свою очередь, повышает прибыльность. В Дании и Норвегии уже эксплуатируются ветровые турбины без редуктора мощностью 3 МВт и диаметром ротора 101 метр, для ветряной электростанции Bison в США были заказаны пятьдесят таких новых турбин.

Однако существует и вторая модель нового поколения ветровых турбин, это установка мощностью 2,3 МВт с ротором диаметром 113 метров, рассчитанная для использования на более низких скоростях ветра. Вскоре должна появиться турбина 6 МВт подобной конструкции. Для новой турбины 2,3 МВт используется и новый ротор с лопастями длиной 33 метра. Лопасть B55-Quantum увеличивает площадь воздействия ветра и, одновременно, еще более снижает уровень шума.

Технический прогресс вызвал к жизни еще один интересный аспект ветроэнергетики: repowering - замена старых ветряных турбин новыми, более мощными и более эффективными установками. Удвоенная мощность, тройной выход электрического тока при вдвое меньшем числе установок на той же площади - такова распространенная формула замены. Это также означает, что для производства большего объема чистой энергии не обязательно должно быть больше ветровых турбин, чем есть сегодня. Простое повышение эффективности также дает очень много.

За одну плавку

Размеры огромны: Siemens производит в Дании лопасти ротора для огромных ветровых турбин длиной 52 метра и весом 16 тонн. Каждая лопасть должна на протяжении своего 20-летнего срока службы обеспечивать заданную клиентом производительность без дополнительной модернизации.

Несколько лет назад была разработана технология производства лопастей как цельной детали. Уникальная технология IntegralBlade позволяет обходиться без клеевых соединений. Лопасть не имеет стыковочных швов, в производственном цеху всегда чисто, рабочие не подвергаются воздействию вредных испарений. Лопасти формуют в специальных оболочках, заранее заполненных стекловолокном - волоконно-полимерным композитом. Лопасти ротора не содержат проблемного ПВХ и не создают сложностей с утилизацией после завершения 20-летнего срока службы. На 90% они состоят из этого же переработанного сырья. В целом, длинные лопасти содержат до двенадцати тонн стекловолокна. Для усиления конструкции внутрь между слоями пластика закладывают древесину. Заполняют воздухом внутренние воздушные карманы. Затем несколько тонн жидкой эпоксидной смолы заливают в пространство между карманами и стекловолокном. Она равномерно скрепляет обе поверхности лопастей. После этого конструкцию запекают при температуре 70°С в течение восьми часов.

С помощью этой технологии с момента строительства оболочки до плавки вместо нескольких дней проходит всего 48 часов. Затем лопасть юстируют, покрывают белым лаком, и спустя несколько недель она уже вращается в одном из ветропарков.


Публикация hi!tech (Siemens) 2/11

Ротатор проектов

"EUROCAR" Automobile plant (Chop town, Zakarpatskaya region)
"InterContinental" 5-star-hotel (Kiev city)
"Skoda" Automobile show + Service center (Nivki, Kiev city)
"Seat" Automobile show (Kiev city)
"Autotrading-Invest" ABC (Kiev city)
"Novyj Druk" Printing House (Kiev city)
"Dary morya" Fish and Seafood shop (Kiev city)
"5th element" Sport and fitness center (Kiev city)
"Dyvosvit" Family Leisure Time center (Kiev city)
"Vozdvizhenka" Elite residential complex (Kiev city)
"KNAUF" Gypsum plasterboard plant (Kiev city and Solidar town, Donetsk region)
"Lastochka" Trade Office Center (Kiev city)
"Plastmodern" Plant (Kiev city)
"Coca-Cola Beverages Ukraine" (Kiev city)
"BORIS" Medical center (Kiev city)
"UGMK" Ukrainian Mining and Metallurgical Company (Stoyanka village, Kiev region)
Cargill (Donetsk city and Nova Kahovka town, Kherson region)
«MAX WELL» (Borispol town, Kiev region)
LEITZ- instrument (Kiev сity)
"Slavutich" (Zaporozhje сity)
"Chajka" Logistic center (Chajka village, Kiev region)
“Vladimirskaya, 38” Elite residential complex (Kiev city)
The silicon alloy plant (Kiev city)
VITAVA (Slavutich town, Kiev region)
Alchevsk Metallurgical complex (Alchevsk town, Lugansk region)
“Ukrsibbank” (Kiev city)
“BOGDAN” Automobile plant (Cherkassy city)
“Techno-Nicole” mineral cotton plant (Cherkassy city)
“Kievstar GSM” Data Center (Kiev city)
“MTS” (Kiev city)
“Shostka gormolkombinat” Dairy Plant (Shostka town)
“Eridon” Grain Elevators (Kiev region)
“Poltava GOK” Mining and processing combine (Poltava city)
“NSI Construction” transformer substation №6070 (Kiev city)
“Zhitlo-Invest-Bud” (Kiev city)
“Medikus” Medical Company - Office space and storage space for medicines (Kiev city)
“Centerelektromontazh” Cabling 10kV (Podil, Kiev city)
“Orlan” Plant - Production space (Kiev city)
“Terminalstroy” production plant (Kiev city)
“Granit” Commercial building company (Kiev city)
“Kiyanka” Shop (Kiev city)
“Aniko Company” residential quarter (Kiev city)
“Zhovten” Trade centre (Kiev city)
“Kozaki”, Ltd. “Kozatskiy stan” Hotel-Restaurant complex (Borispol highway, Kiev city)
“Red iz” Ltd. - Replanning of nonresidential space for restaurant (Kiev city)
“Deks” residential building (Kiev city)
Military division R-9163 - Administrative and production buildings (Kiev city)
Building reconstruction - Development Group Rubicon Trading (Kiev city)
“Planeta-Bud” - residential house with parking and a built-attached space (Kiev city)
Industrial Construction Group «KOVALSKA»
Amarcord-Alex, Ltd.
Security Service of Ukraine
National University of physical training and sport of Ukraine
“Kievoblenergo”
“Kreoma-Pharm” Eco-security company
“Ukrmonolitspetzstroj”
“Kievenergo” the branch of “Cable networks of Kievenergo”
Sipan Ltd., Lafarge Granit Ukraine
“Kraft Foods Ukraine” CJSC
“KZhBK” Ltd., Kiev Housing and Construction Company
“NKMZ” Novokramatorskiy Machine-Building Plant
“Teplici Ukrainu” Ltd., Greenhouses (Kiev city)
“Antonov” Production plant
Sanitary-Epidemiological Station of Ukrainian Ministry of Health
International Terminal. Airport Kyiv (Zhulyany)
Reconstruction of the Station 110/10 (Petrovcy, Kiev region)
Office center (Kudryavsky Spusk, Kiev city)
Sewage pumping station “Berkovetskaya” (Kiev city)
“Investment Building Group»
“Auto Activ” Company (Infiniti)
“Finance & Credit” Bank
“Donetsk railway” (Donetsk city)
Reconstruction of 35kV transmission line (Petrovcy village, Kyiv region)
“Premium Center” Business Center (6, Lepse Bul, Kyiv region)
Cottage Town “Ridna Gavan”
Shopping Mall (Berkovetskaya Str., Kyiv city)
Cottage Town “Dniprovska hvylia”
Shopping Mall “Magelan” (Kyiv city)
The Television Pavilion (Svyatoshino, Kyiv city)
“Iskorost” substation 110kV (Korosten, Zhytomyrska region)
“Farmak” Upgrading of compressor station with capacity 2x250kVt (Kyiv city)
TV channel “Noviy” - Reconstruction of Transformer substation (Turgenyevska Str., Kyiv city)
“Opera” Hotel (53, B.Khmelnitskogo Str., Kyiv city)
PC “Oliyar” (Stavchany, Lvivska region )
Titanium Alloy Factory (1, Novaya Str., Kyiv city)
“Kyivenergo” Transformer substation TP 3687 (208, Borshagivska Str., Kyiv city)
PARK AVENUE residential center (60, Goloseevsky pr., Kyiv city)
JSC “Yugcement” Dyckerhoff AG (Olshanske, Mykolaivska region)
NIKO Motors Automobile show (Bogatyrska Str., Kyiv city)
Ukrainian TV broadcasting station (42, Melnikova Str., Kyiv city)
International airport “Lviv” named Daniil Galitskiy (Lviv city)
Zuevskiy Electromechanical Plant (Zugres, Donetsk region)