Владимир Сидорович - Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир
Ветроэнергетика превратилась в мощную отрасль энергетики и экономики в целом, играющую все более важную роль в энергоснабжении многих государств. Уже в 85 странах электричество вырабатывается с помощью энергии ветра на коммерческой основе. Среди них лидируют (по установленной мощности): Китай (91 ГВт), США, Германия, Испания и Индия[77].
Выработка энергии ветряными электростанциями в Китае еще в 2012 г. превысила генерацию атомными электростанциями, а в 2013 г. ветряные электростанции произвели уже на 22 % больше электроэнергии, чем АЭС. В 2014 г. в Поднебесной было установлено 20,7 ГВт новых мощностей ветроэнергетики[78] (для сравнения: это больше, чем три Саяно-Шушенские ГЭС). Четырнадцатый год стал рекордным по вводу ветроэнергетических мощностей и в Германии, установившей примерно 1700 турбин общей мощностью 4,8 ГВт[79] – больше, чем когда бы то ни было.
Ветроэнергетика сегодня обеспечивает работой более 800 000 человек во всем мире (в том числе 356 000 в Китае и 138 000 в Германии)[80] и покрывает примерно 4 % мирового потребления электроэнергии. В некоторых странах и регионах эта доля существенно выше. По итогам 2014 г. Дания получила 39,1 % своей электроэнергии от ветряных электростанций, вплотную приблизившись к цели – производить к 2020 г. половину электроэнергии на основе ВИЭ[81]. В Испании ветряки дают более 20 % электроэнергии, в Германии – примерно 8 %. Четыре северных федеральных земли в Германии обеспечивают себя ветряным электричеством более чем на 50 %[82]. В Дании в 2013 г. в общей сложности в течение 90 часов ветроэнергетика обеспечивала энергопотребности страны на 100 %, а 28 октября произвела на 22 % больше энергии, чем было потреблено в стране[83]. Совокупная мощность всех сегодняшних мировых ветряных электростанций позволила бы обеспечить светом все домашние хозяйства Европейского союза (506 млн человек)[84].
Крупнейшей ветряной электростанцией в мире считается «Ганьсу» (Gansu Wind Farm), расположенная в одноименной провинции на северо-востоке Китая. На сегодняшний день установленная мощность фермы превышает 6 ГВт, а к 2020 г., в котором планируется завершить строительство, мощность должна достичь 20 ГВт. Такие технические данные существенно превышают «типичные» характеристики углеводородных, да и атомных электростанций.
Самая большая морская ветряная ферма, состоящая из 175 ветряных турбин, находится в Великобритании. Мощность London Array составляет 0,63 ГВт. Также в британских водах запланировано строительство нового морского рекордсмена. Проект шельфовой электростанции Dogger Bank Creyke Beck в 80 милях от побережья Йоркшира предусматривает установку на площади 430 квадратных миль примерно 400 турбин общей мощностью 2,4 ГВт, которые будут производить электричество в количестве достаточном для обеспечения 2 млн индивидуальных жилых домов[85].
Россия, к сожалению, выпала из мирового тренда развития ветроэнергетики. Крупнейшая российская ветряная электростанция мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области (введена в 2002 г.), была подарена правительством Дании. Она состоит из ветроэнергетических установок датской компании Vestas мощностью 225 кВт. В начале нынешнего тысячелетия делались попытки осуществлять более масштабные проекты в ветроэнергетике в РФ, была разработана Программа развития ветроэнергетики РАО «ЕЭС России». Тем не менее до сегодняшнего дня сколько-нибудь значимых проектов в российской ветроэнергетике реализовано не было, и даже принятые меры поддержки ВИЭ в этой отрасли буксуют. Кроме того, отечественные производители сегодня способны выпускать лишь ветряные установки малой мощности, оборудование для современной промышленной ветрогенерации в России не производится.
Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) в ветроэнергетике сильно зависит от качества технологий и природных условий и колеблется в пределах 15–50 %. В материковой ветроэнергетике среднее значение КИУМ составляет 24 %, в морской – 41 %. Последняя цифра сопоставима со средними показателями существующих сегодня энергосистем[86]. Время энергетической окупаемости (energy pay-back) ветряной турбины – отрезок времени, в течение которого энергетические затраты на производство, доставку и установку ветроэнергетической установки покрываются выработанной энергией, – составляет сегодня три – восемь месяцев в зависимости от модели, условий установки и эксплуатации[87]. Вопреки обывательскому скептицизму, говорящему, что «эта штука никогда не окупится», срок энергетической окупаемости ветряной установки весьма невелик. Большую часть времени своего жизненного цикла она вырабатывает энергию для других.
Ветроэнергетика не оказывает существенных негативных побочных воздействий на окружающую среду (особенно забавно слышать упреки в экологическом вреде ветряков из уст представителей атомной энергетики). При этом регулярно проводятся и публикуются исследования, касающиеся влияния ветроэнергетики на окружающую среду и находящиеся в открытом доступе. Например, «Взаимодействие ветряной турбины с окружающей средой и ее обитателями»[88]. Пожалуй, главной справедливой претензией является «нарушение традиционного природного ландшафта». Шум самой мощной ветряной турбины абсолютно не слышен человеком на расстоянии полтора километра, поэтому существуют (а там, где их нет, должны существовать) нормы по удаленности ветряных электростанций от жилых зданий. А вот проблем с червяками и птицами ни одно серьезное исследование не обнаружило. Разумеется, фиксируются случаи гибели птиц и летучих мышей от столкновения с ветряными турбинами. В то же время количество таких несчастных случаев ниже, чем в результате других видов человеческой деятельности. Коты, линии электропередач, высотные здания, окна и вышки связи убивают на несколько порядков больше птиц, чем ветряные турбины. И земля между турбинами пригодна для сельскохозяйственного использования.
Будущее ветроэнергетики
Как будет развиваться ветроэнергетика дальше? Выше головы прыгнуть трудно, и закон Беца пока никто не опроверг. Поэтому дальнейшее повышение эффективности ветроэнергетических установок имеет естественные границы, хотя простор для роста все еще есть. Очевидно, что ветрогенераторы будут и дальше увеличиваться в размерах. О гигантских «ветряных двигателях» прозорливо писал еще в 1899 г. фантаст Герберт Уэллс в романе «Когда спящий проснется». Сегодня специалисты уже прогнозируют 180-метровые мачты и роторы диаметром 250 м – размер имеет значение с точки зрения удельных эксплуатационных и капитальных затрат.
При этом важно иметь в виду, что вырабатываемая с помощью ветра (onshore) электроэнергия уже является конкурентоспособной по цене. Актуальные рыночные исследования, на которые мы ссылались ранее и которым уделим особое внимание в главе об экономике ВИЭ, подтверждают исключительную ценовую «демократичность» ветроэнергетики.
Ожидается ускорение роста морской (шельфовой) ветроэнергетики, которая важна для Европы, поскольку не занимает драгоценную площадь на суше. Ее ценовая конкурентоспособность будет достигнута в 2023 г., полагают исследователи из EY[89]. К 2050 г. на ее долю будет приходиться 25 % глобальных мощностей ветроэнергетики.
Принимая во внимание растущую экономическую привлекательность энергии из ветра в сочетании с практически неограниченными ветроэнергетическими ресурсами планеты, теоретически возможно снабжение всего человечества электроэнергией, полностью произведенной только на основе ветра. Исследование Гарвардского университета, основанное на весьма консервативных допущениях, показывает, что потенциал ветроэнергетики примерно в 40 раз превышает глобальное потребление электричества[90].
Нестабильность генерации, обусловленная природными факторами, требует, в случае существенного повышения доли ветроэнергетики в энергетическом балансе, создания соответствующих выравнивающих и аккумулирующих инструментов, обеспечивающих стабильность электроснабжения. В любом случае система с большой долей нестабильной генерации, такой как ветроэнергетика, требует в настоящее время наличия резервных электростанций (например, гидроаккумулирующих и газовых пиковых) для сглаживания неравномерности генерации.
В то же время многочисленные научные и отраслевые исследования не обнаруживают значимых препятствий для «поглощения» имеющимися сегодня электрическими сетями 30 % или даже более высокой доли переменчивой генерации на основе ВИЭ[91].
Среднегодовой темп роста мощностей мировой ветроэнергетики начиная с 2009 г. составляет 21,4 % в год, а за последнее десятилетие ее установленная мощность выросла в восемь раз[92]. Предположительно к 2020 г. она возрастет до 1000 ГВт[93] (это, для сравнения, более чем в четыре раза превосходит установленную мощность всех электростанций России).
