В някои страни вятърните турбини вече са заменили по-традиционните енергийни източници. Какво чакаме?
Вятърни турбини в Русия
Вятърните мелници по целия свят сега генерират повече електроенергия, отколкото цялата енергийна индустрия в Русия - и на цена тяхното производство вече е достигнало нивото на топлоелектрическите централи. И това въпреки факта, че преди десет години руските енергийни инженери и длъжностни лица смятаха, че възможностите за тяхното развитие са изчерпани, а самите вятърни паркове са твърде скъпи. Сега всичко се обърна с главата надолу: руската държавна корпорация инвестира десетки милиарди, за да навакса Запада в областта на вятърните турбини. Защо предишните прогнози на руски експерти не се сбъднаха, което ние не взехме предвид? И има ли перспектива за опитите на Росатом да пилее пари?
Вятър на историята
Когато хората за първи път се замислят да използват вятъра, въпросът е труден. Има косвени доказателства, че Хомо еректус или неандерталци са могли да плават. Съвременните опити за преодоляване на пролива между Крит и континента - и преди 130 хиляди години на този остров внезапно се появиха каменни инструменти - показаха, че е нереалистично да се прави това на гребла - течението в този пролив е твърде силно. Скалните резби, които точно потвърждават използването на платна, са на няколко хиляди години.
Промоционално видео:
Първите механични машини, задвижвани от силата на вятъра, са изобретени от Херон Александрийски през 1 век пр. Н. Е. (Той също така създава първата проба на турбина, която се върти по време на изгарянето на горивото). Вярно е, че вятърната му мелница не е решила практически проблем, а забавен. Това беше един вид музикален инструмент, действащ с въртенето на колелото от наближаващия вятър.
Около 400 г. сл. Н. Е. В будистки храмове в Индия се появяват вятърни мелници с вертикална ос на въртене - молитвени машини. Лесно е да се забележи основната им разлика от схемата на Херон - будистката версия на вятърната мелница е „поставена настрани“.
Практическо приложение на вятърните машини е намерено през 9-ти век в Иран (описания на Абу Исхак ал-Истахри). Те обаче нямаха нищо общо с тези, с които сме свикнали. Това бяха кули, по периметъра на които имаше мрежести конструкции, покрити с плат. Вятърът ги въртял и специален механизъм превръщал въртенето на вертикалната ос в движение на воденични камъни или в действие на устройство за вдигане на вода.
От Иран новостта достигна до Индия и Китай, но не и до Европа, която по това време зае много малко технически иновации.
През 1185 г. първата вятърна мелница е спомената в Йоркшир (Англия) и тази първа западна вятърна мелница е вече от познатия тип - с хоризонтална ос на въртене, върху която са монтирани вертикално въртящи се лопатки. Както виждаме, още от 12 век западният и източният подход към вятърните турбини бяха противоположни.
Предимствата на източната схема пред западната са очевидни. Вятърната турбина с вертикална ос работи независимо от посоката на вятъра, така че китайците и иранците могат да я оставят без надзор и да отидат да правят по-важни неща. В допълнение, в източната версия, с еднаква мощност, ветровитостта на конструкцията е много по-висока, поради което тя започва да работи дори при слаб вятър.
От друга страна, западната вятърна турбина с хоризонтална ос има свои силни страни. Да, трябва да се „държи вятър“, но остриетата му винаги се влияят от вятъра само от едната страна, което увеличава енергийната им мощност. Източният при всяка революция преживява момент, когато остриетата се завъртат и вятърът ги „удря“от другата страна. Има достатъчно инерция, за да може конструкцията да се върти по-нататък, но мачтата се тресе силно и част от енергията на въртенето отива за компенсиране на „удара“. Поради тези променливи натоварвания мачтата или кулата трябва да бъдат направени по-здрави и по-масивни. Резултатите са очевидни: западната вятърна турбина е по-трудна за експлоатация, но по-ефективна и по-евтина.
Вятърните мелници бяха изключително широко разпространени в Европа, до парните машини и електричеството. Те почти не се нуждаеха от персонал, електропроводи (което е важно в селските райони) и бяха по-малко шумни. Е, версията на вятърна мелница, която вдига вода от кладенец, все още е изключително популярна в третия свят, където електрификацията все още не е засегнала повече от милиард души.
Опитите за приятелство с вятъра и електричеството са правени много рано. Първата вятърна турбина за производство на електричество е построена в Дания през 1890г. На Запад размерите им в началото на 20-ти век достигат 25 метра височина, а размахът на острието е 23 метра. Уви, всичко беше съсипано от проблема с променливия вятър. Електричеството беше необходимо дори когато не духаше, а дизеловите генератори и електропроводи бяха доста евтини. Така вятърните мелници бяха изтласкани в далечни полета, където те работеха за напояване. Но само за малко!
Вятърът на промяната в СССР
Когато западният свят започна да се отървава от вятърни турбини поради електрификация, страната ни пое съвсем различен път - „по вятъра“. Компенсирайки недостига на топлоелектрически централи, Централният аерохидродинамичен институт през 20-те години създава серия от малки вятърни турбини с мощност до 30 киловата, снабдявайки ги с хидравличен акумулатор. С излишък на генерация, вятърната турбина вдигна водата до височината на мачтата и когато нямаше вятър, източи водата обратно, завъртя водната турбина, която даде ток. Те са били използвани в Бурятия и на други места без електропроводи. Схемата, между другото, е изключително разумна - тази година в Германия е построена цяла електроцентрала по същата концепция, само че много по-мощна.
В СССР, преди откриването на сибирските нефтени и газови находища, по стратегически причини активно се разработват алтернативни енергийни източници. 90 процента от съветския петрол се добива в Кавказ и беше очевидно, че във всяка война врагът ще се опита да нанесе удар там. Това е планирала да направи френската авиация през 1940 година. Само разрушаването на Третата република от Хитлер предотврати това да се случи. Самият Хитлер искаше да направи това, но също не успя. За да се защитят, съветското правителство насърчава различни алтернативи - от една и половина газови генератори до дърва до … вятърни турбини с маховици.
Да, точно такова чудо бе изстреляно в Курск през 1931 година. С мощност от само 35 киловата, той е оборудван с „диск за съхранение“(една трета от тона), въртящ се в контейнер, от който е евакуиран въздух, за да се намали триенето. Вятърната електроцентрала на изобретателя Уфимцев осветява къщата му и захранва работилницата дори когато няма вятър. Той обаче умира през 1936 г. и оттогава станцията (все още стои) никога не е пусната.
Въпреки това, дори без устройства за съхранение, съветските вятърни турбини бяха сред лидерите. През 1931 г. близо до Балаклава е построен най-мощният вятърен генератор в света със 100 киловата (размах на острието - 30 метра). Интересното е, че германците, които сега са в челните редици в развитието на вятърната енергия, тогава се отнасяха доста грубо към вятърните паркове. През 1941 г. обстрелът им извади от строя най-голямата вятърна мелница на планетата. Може би ставаше въпрос за завист - собствените им вятърни турбини тогава даваха не повече от 70 киловата и бяха много по-малко. През 1950-1955 г. СССР произвежда 9 000 вятърни турбини годишно - с мощност до стотици киловати. Е, как иначе девствените земи и северът биха могли да бъдат снабдени с енергия преди дизеловите генератори?
Вятър на независимостта
Съветската вятърна енергия беше убита от следвоенния бум на евтини течни горива, докато западната беше възродена от петролната криза от 70-те години. Тогава там узря идеята за енергийна независимост от нервни и склонни към монополно споразумение на източни доставчици за сметка на вятърната енергия.
На пръв поглед се сблъскваме с явна регресия. Защо да преминете от стабилни енергийни източници към такива, които буквално зависят от бриза? Освен това преди няколко години руските власти ни казаха, че вятърните турбини в Европа произвеждат скъпа енергия. Нека се опитаме да го разберем.
Днешната вятърна мелница с хоризонтална ос всъщност не е толкова зависима от най-малките колебания в скоростта на вятъра. Vestas V164 е с височина 220 метра (една и половина пирамиди на Хеопс) и остриета с люлеене от 164 метра (повече от 50-етажна сграда). Общото тегло на остриетата от фибростъкло е 100 тона. Всъщност такъв дизайн има собствен диск за съхранение, само масата му е 300 пъти по-голяма от тази на Уфимцев.
В същото време се очаква допълнително увеличаване на височината на вятърните турбини и обхвата на техните лопатки, което означава, че те са още по-малко застрашени от малки спирания. Смята се, че има смисъл да се увеличат размерите поне до височини от 300-400 метра и обхват на острието до 300 метра.
Започвайки от Enercon E-126 на Siemens, вече има метод за създаване на такива колосални остриета - те са съставени от две секции, които се вкарват една в друга. Редица производители планират да увеличат броя си дори до три.
Мощността на същия Vestas V164 вече е надхвърлила 9 мегавата, а удвояването на обхвата на лопатките ще доведе до увеличаване на мощността на вятърната турбина до 40 мегавата. По-важното е, че на всеки сто метра надморска височина средната годишна скорост на вятъра се увеличава значително. При наистина големи конструкции има смисъл да се изграждат вятърни паркове дори в гористи райони, където скоростта на вятъра обикновено е доста ниска близо до земята.
Поради непрекъснатото нарастване на размера на вятърните турбини, цената на тяхната енергия постоянно пада. Преценете сами: хората знаят как да строят евтино дори 828-метрови сгради и с нарастването на височината им разходите нарастват линейно. Но мощността на вятърната мелница с всяко удвояване на височината расте вече на квадрат. Икономиите от мащаба са много забележими при вятърната енергия.
Всъщност дори преди пет години, през 2012 г., вятърните турбини на Запад произвеждаха електричество над 10 цента на киловатчас. Днес обаче тази цифра, както отбелязва Министерството на енергетиката на САЩ, е спаднала до 4-5 цента за киловатчас. Дори новите офшорни вятърни турбини, които обикновено са по-скъпи от сухопътните, осигуряват енергия за 6-7 цента за киловатчас и тази цена спада дори по-бързо, отколкото на сушата. Причината е, че в морето можете да носите остриета с дължина поне 200 метра, тъй като на морските „пътища“има много място и няма пренаселеност.
Добре, казваш ти. Но какво да кажем за периоди на затишие, когато седмици няма силен вятър? Е, затова изграждат офшорни вятърни турбини в Европа. Над морето има "пасажи", където на практика няма спокойствие. За щастие на европейците те са близо до тях и често са в плитки води. Например, цялото Северно море е доста плитко, както впрочем и повечето води край източния бряг на САЩ. Освен това тази година беше пусната в експлоатация първата в света плаваща вятърна електроцентрала с десетки мегавати. Вятърните му мелници са закотвени, а работните дълбочини за тях са до 800 метра. Общата площ на моретата с такава дълбочина е такава, че те могат да доставят енергия на целия свят и то многократно. Загубите в преносните линии с високо напрежение за постоянен ток сега са паднали под 3 процента на хиляда километра - тоест „морската“вятърна енергия ще достигне дори навътре в страната.
В същото време устойчивостта на вятърните паркове не трябва да бъде идеализирана. Да, те могат да осигуряват енергия през цялата година, а през зимата същите офшорни вятърни мелници ще дават повече енергия, отколкото през лятото - зимните бури ще помогнат. Те обаче не могат да се справят с пиковете на сутрешното и вечерното потребление - вятърът духа приблизително еднакво в 19:00 ч. И в 03:00 ч. Сутринта. Следователно на Запад се смята, че няколко процента от общото годишно производство ще продължи да се осигурява от „пикови“газови ТЕЦ. В същото време те ще консумират много по-малко гориво, отколкото днес, когато масивите от офшорни вятърни турбини все още не са построени. Но си струва да припомним, че това едва ли ще трябва да чака дълго.
Днес вятърната енергия произвежда повече от трилион киловатчаса годишно - повече от целия енергиен сектор в Русия. И ако производството на електроенергия у нас не е нараснало от 1990 г. (поради приблизително същия обем на промишленото производство), то това не може да се каже за вятърни турбини. Само преди 10 години те не дадоха дори една десета от текущата продукция. Можем уверено да кажем, че след десет години WEC на планетата ще дадат много повече, отколкото сега. Освен това повечето от вятърните турбини в момента се произвеждат от Китай и там те знаят как да внедрят наистина масово производство.
отнесени от вихъра
Русия може да се похвали с най-неочаквания пирует по пътя на човечеството към вятърната енергия. Когато ВЕЦ бяха непопулярни на Запад, те бяха във възход у нас. Когато започнаха активно да се развиват в света, в страната се появиха тълпи експерти от енергийната индустрия, които посочиха: „Мястото за вятърните турбини в Европа е приключило“. Вярно е, че откакто започнахме да казваме това, капацитетът на вятърните електроцентрали сред европейците се е увеличил десетократно и продължава да расте. Очевидно становището на нашите експерти не им беше предадено.
Е, през 2016 г. изведнъж отново сме променили мнението си, така да се каже, се върнахме в Дорежнев СССР. Росатом беше първият, който каза важната си дума на държавно ниво. Неговият заместник генерален директор Вячеслав Першуков честно отбеляза: след изпълнението на съществуващите поръчки за изграждане на нови атомни електроцентрали в чужбина, Росатом може да остане без чужди строителни проекти, тъй като този пазар бързо се свива. Ядреното производство извън Русия наистина е в упадък и няма перспективи за изход от него.
Основната причина е проста: изградената от Запада ядрена енергия е скъпа. Енергията на руските атомни електроцентрали е по-евтина, но все пак не толкова, колкото на новите западни вятърни турбини. Да, за да компенсирате тяхната несъответствие, имате нужда от няколко газови ТЕЦ, но ядрените централи също се нуждаят от тях. В крайна сметка, реакторът винаги дава една и съща мощност и хората консумират много повече през деня, отколкото през нощта. При еднаква цена и еднакви проблеми западният купувач, който винаги е под натиск на „зелените“, никога няма да избере ядреното производство.
Тук Першуков също заявява: възможностите за изграждане на нови големи атомни електроцентрали в чужбина са практически изчерпани. „Не бива да печелим пари на пазара на ядрени технологии. Всичко. Иначе не става “, правилно отбелязва той.
Разбира се, ако първо се откажете от някакъв бизнес в продължение на десетилетие и след това се заемете с него, когато конкурентите вече имат разработени от години технологии, тогава не бива да разчитате на лидерски позиции веднага. Следователно Росатом тръгна по пътя, който вече беше пребит от Петър I и започна да научава нов (или по-скоро стар, добре забравен у нас) от холандците. Чрез дъщерно дружество той създаде партньорство с Lagerwey. До 2020 г. държавната корпорация планира да изгради 26 малки вятърни парка с 610 мегавата - започвайки в района на Уляновск през 2018 г. Да, това е по-малко от една стотна от годишния глобален принос, но Росатом се учи от тези трохи. Освен това през 2020 г. се планира производството на вятърни турбини в Русия да се локализира с 65 процента.
По-късно ще бъде по-трудно, когато трябва да отидете в голям мащаб. Невъзможно е да се произвеждат вятърни турбини с обща мощност само стотици мегавати годишно с печалба. Това е голям бизнес, няма да има ниска цена без масово производство. Поради това е необходимо да се разшири както конструкцията на вятърни турбини у нас, така и да се навлезе на световния пазар. Тук обаче ще бъде много трудно да се състезавате.
Гиганти като Vestas са прекарали десетилетия, усъвършенствайки своите технологии и са построили напълно уникални съоръжения. Например, завод за производство на титанични остриета от десетки тонове, разположен на острова, специално за да улесни транспортирането на толкова труден товар за сухопътни пътища. Къде Росатом ще изгради това и дали ще успее да се справи с постоянно подобряващия се пазар на вятърни турбини е въпрос, а не лесен.
В коментар за KP представителят на Росатом Андрей Иванов отбеляза, че NovaWind, подразделението на Росатом, отговарящо за проекти в "новата енергия", се е договорило да създаде съвместно предприятие с Lagerwey - Red Wind BV. То ще се занимава с локализацията на производството на вятърни турбини в Русия и по-конкретно - във Волгодонск, близо до съществуващите съоръжения на Росатом. У нас ще се изграждат вятърни турбини с мощности 2,5 и 4,5 мегавата. Общо Red Wind ще достави 388 такива вятърни турбини до 2022 г., от които първите 60 ще бъдат сглобени само в Русия - от компоненти на Lagerwey - и едва тогава ще има „местни“вятърни турбини с такива впечатляващи размери.
За него беше много по-лесно с атомната електроцентрала. В края на краищата те не само бяха създадени в СССР, но и не спряха да се строят и усъвършенстват у нас. Да бъдеш първият в това, в което си пионер, е много по-лесно, отколкото там, където трябва да се учиш от другите. Да се надяваме, че държавният гигант ще успее, особено след като разполага с добър инженерен персонал.
Вятър на бъдещето
Нека си признаем: вятърните турбини едва ли ще се превърнат в основния източник на енергия за човечеството през следващите десетилетия. Да, в Дания те вече доставят по-голямата част от електроенергията, а в САЩ осигуряват повече от водноелектрически централи. Но в страни, където все още има много ясни дни, слънчевата енергия сега се развива много по-бързо от вятъра. Цените на електричеството, получено с негова помощ, падат дори по-бързо от тези на вятърните паркове. Още в началото на 2020-те той ще изпревари вятърните турбини в производството и ще се превърне в основния таран, който унищожава въглищата и въглеводородната енергия.
Но за страни със северни територии вятърът може да играе различна роля - основният генератор. Това е малко вероятно да се случи в Русия и не само защото на юг от Самара имаме много слънце. По-важното е, че не можем да оставим нито атомна, нито газова енергия поради огромната инфраструктура, която беше изградена за тях. И въпреки това до 2030 г. вятърните турбини ще станат чести елементи в руските пейзажи - както сега са в Германия или Великобритания.
