Германия: деньги из ветра

Москва, 14 июля - "Вести.Экономика" Правительство Германии поставило цель - к 2050 году увеличить количество возобновляемой энергии до 80%. Однако на пути развития ветроэнергетики и эффективного использования ресурсов существует немало препятствий. Рассказывает Наталья Маурер.

Более 28 000 ветрогенераторов функционируют сегодня на территории Германии. Самый большой ветряной парк на суше расположен на территории Нижней Саксонии. Здесь находится 6 015 ветряных установок общей мощностью в 10 528 МВт. За ним следует Шлезвиг-Голдштейн – 3 628 установок мощностью 6 863 МВт.

По мнению экспертов, для эффективного использования ветровых ресурсов необходимо либо снизить стоимость эксплуатации ветрогенераторов, либо найти технологию, которая позволит улавливать больше энергии ветра. Если ветер бесплатен, то ветроэнергетическая система – нет. Доставка вырабатываемой энергии конечным потребителям может быть дорогостоящей. Если же в расчеты включить стоимость резервной установки для выработки электроэнергии, ветровая энергия может стать более дорогой, чем конкурирующие с ней источники.

Одна из проблем - это проблема прерывности. Потребление электроэнергии постоянно колеблется – люди включают и выключают свет в помещениях, на заводах включаются и выключаются электродвигатели, а летом при повышении температуры в домах и на предприятиях включают кондиционеры. Чтобы реагировать на такие колебания практически мгновенно, энергосистеме нужна «передаваемая» электроэнергия. Необходимы такие источники, энергию которых можно передать по системе в течение нескольких секунд.

Но электроэнергию, вырабатываемую ветрогенераторами, нельзя считать передаваемой. Это усложняет задачу сравнения ветровой энергии с другими источниками. 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. К тому же характер ветров и характер потребления не всегда совпадают. Во многих местах наибольшую силу ветер имеет ночью, а также весной и осенью. А пиковое потребление электроэнергии наблюдается днем, а также летом и зимой.

Другая важная проблема – это затраты на интеграцию. Ветропарки, как правило, рассредоточены и, зачастую, находятся в отдельных районах. В результате, чтобы ввести ветровую электроэнергию в энергосистему и доставить её потребителям, необходимы дополнительные инвестиции в линии электропередач. Это требует сотен миллиардов евро и регулирования, а также ведет к борьбе за полосы отчуждения и к спорам между собственниками линий электропередач.

Ханс-Вернер Зинн (профессор Мюнхенского университета, директор Центра экономических исследований в Мюнхене) утверждает, что «ветроэнергетика ведет страну в никуда. Для того, чтобы она была эффективна, Германии необходимо примерно 6400 энергетических хабов, которые способны накапливать энергию, чтобы обеспечить непрерывность её подачи потребителям. Также решение Power-to-Gas не спасет положение, так как после перевода энергии ветра в газ, её стоимость составит 24 цента за киловатт в час, а это все еще намного дороже, чем импортировать газ из России».

Ветропарки на море

Некоторые земли Германии (Бавария, Гессен, Баден-Вюртемберг) на начальном этапе блокировали строительство наземных ветряных парков (Onshore-парки) на своей территории из экологических соображений, поэтому правительство страны приняло решение строить ветряные парки на море - так называемые Offshore-ветропарки. Германия провозгласила морскую ветроэнергетику важной составляющей в контексте своей цели по возобновляемым источникам энергии.

Установка ветрогенераторов на море обеспечивает доступ к более сильному и стабильному ветру. К тому же там отсутствуют препятствия для ветров – горы, долины, здания, деревья. 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.

Прибавка одного метра к высоте ВЭС увеличивает годовую выработку энергии на 0,5-1% за счет пониженной турбулентности и более высоких скоростей ветра. В свою очередь, согласно исследованиям, использование ветряков разной высоты снижает стоимость электричества на 5-9%. Неудивительно, что ветряки становятся все выше.

На сегодняшний день в Германии на Северном море находится 953 рабочие ветряные установки, и еще 102 установки - на Балтийском море. Их общая мощность составляет примерно 4 700 МВт. По планам правительства к 2030 году Offshore-парк должен вырабатывать более 25 000 МВт в год и, таким образом, по мнению специалистов, заменить мощность 12-ти атомных электростанций.

Однако в открытом море из-за суровой окружающей среды многократно возрастают технические сложности. Установить такие гиганты на морском дне нелегко. Также их необходимо адаптировать к морским условиям, чтобы ветряки могли противостоять постоянному воздействию приливов и волн, соли, ветров и штормов, и при этом функционировать не менее 20 лет.

Серьезной проблемой является коррозия, а также угроза проникновения воды и повреждения ею электроники. Помимо этого, морские установки гораздо сложнее ремонтировать. Стоимость интеграции тоже выше. Требуются долговечные кабели для соединения установок с подстанцией и с сушей. Они должны быть значительно более стойкими, чем наземные.

Воплощение проектов в жизнь стоит миллиарды евро, поэтому вряд ли получится их осуществить к намеченному сроку. В конце 2017 года правительство Германии приняло решение о снижении субсидий и усилении контроля стоимости Offshore-ветропарков, это замедлило строительный бум. В целом стоимость морских ветропарков в разы превышает стоимость наземных. При установке морского ветрогенератора цена одного мегаватта мощности составляет от 2,5 до 4 миллионов евро. Стоимость такой же установки на суше дешевле, на один мегаватт – примерно 1 – 1,4 миллиона евро.

Однако фирмы по строительству морских ветропарков ищут способы снижения затрат. Согласно расчетам одной из ведущих компаний на этом рынке, Siemens Gamesa Renewable Energy, стоимость энергии ветра, выработанной на море, должна уменьшиться к 2020 году на 40% - благодаря снижению веса и увеличению высоты установок, серийному производству, оптимизации логистики и созданию плавучих платформ.

Ноу-Хау в Гайльдорф

В декабре 2017 года немецкая компания Max Bögl Wind AG запустила в эксплуатацию самую высокую в мире ветряную турбину. Опора имеет высоту 178 м, а общая высота башни с учетом лопастей составляет 246,5 м.

Новый ветрогенератор расположен в немецком городе Гайльдорфе (земля Баден-Вюртемберг). Он является частью группы из четырех других башен высотой от 155 до 178 м, на каждой из которых установлен генератор мощностью 3,4 МВт.

В компании считают, что количество вырабатываемой энергии составит 10 500 МВт/ч в год. Стоимость проекта равна 75 млн евро, и, как ожидается, каждый год он будет приносить по 6,5 млн. евро. Этот проект получил 7,15 миллионов евро субсидий от Федерального министерства окружающей среды, охраны природы, строительства и безопасности ядерных реакторов (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit, BMUB).

В сверхвысоких ветряках используется экспериментальная технология гидроаккумуляции энергии. Резервуаром служит водонапорная башня высотой 40 м, которая связана с ГЭС, расположенной на 200 м ниже ветрогенераторов. Излишек энергии ветра используется для перекачивания воды против силы тяжести и ее хранения в башне. При необходимости вода высвобождается для подачи электрического тока. Для переключения между режимами хранения энергии и ее подачи в сеть требуется всего 30 секунд. Как только мощность падает — вода поступает обратно и вращает дополнительные турбины, тем самым повышая выработку электричества.

«Таким образом инженеры решают одну из самых больших проблем, связанных с возобновляемыми источниками энергии — их нерегулярность и зависимость мощности от климатических особенностей. Мощности четырех ветряных турбин и гидроаккумулирующей электростанции достаточно для обеспечения энергией 12 000 жителей города Гайльдорф,» - утверждает Александр Шехнер (Alexander Schechner) – инженер-разработчик проекта в Гайльдорфе.

Борьба с ветряными мельницами

Существует еще одна проблема – противодействие защитников окружающей среды. Хотя большинство природоохранных организаций выступают в поддержку ветровой энергии, но есть и те, кто 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.

На сегодняшний день в Германии существует более 200 гражданских инициатив, протестующих против строительства ветрогенераторов. Они утверждают, что правительство и энергетические концерны пытаются перевести традиционную доступную энергию в дорогую «экологически чистую».

«Это обычный бизнес. При строительстве ветропарков и производстве ветрогенераторов затрачивается много энергии. Замена старых ветрогенераторов на новые, их обслуживание и утилизация, государственное субсидирование дорого обходятся налогоплательщикам. Посыл к уменьшению выбросов СО2 не является убедительным», утверждают активисты, противники ветропарков.

Несмотря на прогресс и знания, приобретенные более чем за три десятилетия, ветроэнергетика как индустрия еще пока делает первые шаги. Её доля на сегодняшний день составляет примерно 16% от общего объема энергии, произведенной в Германии. Однако доля ветроэнергетики определенно будет расти, поскольку правительства и общественность склоняются к электроэнергии, производимой без выделений углекислого газа. Новые программы исследований нацелены на разработку технологий, оптимизацию эксплуатации и производства, повышения гибкости энергосистемы и снижению стоимости.