Перспективы использования ветроэнергетики в Казахстане

Атагельдиева Л.Ж., к.т.н., доцент,

Жангисина Г.Д., д.п.н., профессор(gul_zhd@mail.ru),

Калимбетов Г.П., магистрант

Центрально-Азиатский университет, г.Алматы

УДК 321.316

В статье описано развитие электроэнергетики в Казахстане, рассмотрены перспективы использования ветроэнергетики в связи с увеличением спроса на электроэнергию и генерирующую мощность.

Ключевые слова: электроэнергетика, потребление электроэнергии, возобновляемые источники энергии, ветроэнергетика.

Существующее состояние электроэнергетики Казахстана характеризуется:

- высокой концентрацией энергопроизводящих мощностей - до 4000 МВт на одной электростанции;

- расположением крупных электростанций преимущественно вблизи топливных месторождений;

- высокой долей комбинированного способа производства электроэнергии и теплоты для производственных и коммунальных нужд;

- недостаточной (около 12%) долей гидростанций в балансе электрических мощностей республики;

- развитой схемой линий электропередачи, где в качестве системообразующих связей выступают ВЛ напряжением 500 и 1150 кВ;

- системой релейной защиты и противоаварийной автоматики, обеспечивающей устойчивость Единой энергетической системы в аварийных и после аварийных ситуациях;

- единой, вертикально организованной, системой оперативного диспетчерского управления, осуществляемого Центральным диспетчерским управлением, региональными диспетчерскими центрами, диспетчерскими центрами потребителей электроэнергии.

Потребление энергии - важный показатель жизненного уровня. Однако на развитие хозяйствующих субъектов в нашей стране существенное негативное влияние оказывает высокая доля энергетических затрат в издержках производства, которая на промышленных предприятиях составляет в среднем 8-12 % и имеет устойчивую тенденцию к росту в связи с большим моральным и физическим износом основного оборудования и значительными потерями при транспортировке энергетических ресурсов. По различным данным, на жилищной сектор приходится до 25-30 % потребляемой энергии по республике.

Казахстан является одним из самых энергорасточительных государств в мире. Из–за технологической отсталости производства на каждый доллар ВВП мы тратим энергии больше, чем Япония в 20 раз, США – в 9 раз. По оценкам экспертов, у нас ежегодно тратится впустую почти треть всей производимой энергии. Потери энергии и тепла у нас начинаются с места их производства. Большинство ТЭЦ и ГРЭС оснащены устаревшими котлами и турбинами. Порой их КПД не превышает 40 %. Электроэнергетика Казахстана характеризуется изношенностью значительной части основных фондов. На электростанциях 65% оборудования имеет возраст более 20 лет, 31% - более 30 лет. Не лучше и состояние электросетевого хозяйства – изношенность оборудования составляет 60–80%. Особенно слабое состояние энергетических сетей в селах.

В перспективе потребление электроэнергии резко возрастет и достигнет 124–130 млрд. кВт∙ч. Одними из путей решения проблемы являются строительство новых станций, модернизация электрических сетей в целях увеличения производства энергии и избежания проблемы дефицита энергии в будущем, а вследствие этого и торможения развития экономики страны в целом. 

Основной базой производства электроэнергии в Республике Казахстан являются тепловые электростанции, доля которых в общем производстве электроэнергии составляет 87%, оставляя для ГЭС и других источников возобновляемой энергии 13%. При этом действующие ТЭС потребляют 65% общего объема поставок угля. Как результат, с увеличением производства и потребления электроэнергии существенно возрастет потребление топлива, а также экологическая нагрузка на окружающую среду. 

В обозримом будущем уголь будет по прежнему играть значительную роль в энергетике страны. Сегодня угольная отрасль республики обеспечивает выработку в Казахстане 80% электроэнергии. По подтвержденным запасам угля Казахстан занимает 8 место в мире и содержит в недрах 4 % от мирового объема запасов.

Наряду со значительными запасами ископаемого органического топлива Республика Казахстан обладает и обширными запасами возобновляемых ресурсов и источников энергии (солнечной, ветровой, гидравлической, геотермальной, энергии биомассы и твердых бытовых отходов (далее - ТБО), водородной и др. альтернативной энергетики). Технический потенциал возобновляемых ресурсов и источников энергии только по ветру составляет около 1 820 млрд. кВт.ч в год, что в 25 раз превышает объем потребления всех топливно-энергетических ресурсов Республики Казахстан, а экономический потенциал определен более чем в 110 млрд. кВт.ч, что в 1,5 раза больше годового внутреннего потребления энергоресурсов в Республики Казахстан. С увеличением стоимости первичных топливно-энергетических ресурсов доля экономически обоснованного потенциала ветроэлектростанций будет возрастать.

Ветер является наиболее доступным в эксплуатации. Средний годовой прирост суммы мощностей ветрогенераторов во все мире, начиная с 2009 года составлял 38 – 40 гигаватт. Особенно быстро ветроэнергетика развивается в Китае, США, Германии и Индии. По прогнозам специалистов, мощность мировой ветроэнергетики достигнет к 2020 году более 1500000 МВт. Наибольшие природные возможности для развития ветроэнергетики на сегодняшний день имеются в Дании, где доля ветроэнергетики сегодня составляет 28 % и Португалии – 21 %, так как эти страны имеют прибрежные морские зоны.

Перспективы использования ветроэнергетики определяются наличием соответствующих ветроэнергетических ресурсов. По экспертным оценкам, величина потенциала ветроэнергетики в Казахстане составляет порядка 1820 млрд. кВт.ч в год и возможности его использования ограничиваются только потребностями в энергии и возможностями энергетической системы балансировать мощность ветроэлектростанций.

Исследования, проведенные в рамках совместного с Программой развития ООН (ПРООН) проекта по ветроэнергетике, показали наличие хорошего ветрового климата и условий для строительства ВЭС в Южной, Западной, Северной и в Центральной зонах Казахстана. Наличие свободного пространства в этих районах позволяют развивать мощности ВЭС до тысяч мегаватт.

Казахстан исключительно богат ветровыми ресурсами. Порядка 50% территории Казахстана имеет среднегодовую скорость ветра 4-5 м/с, а ряд районов имеет скорость ветра 6м/с и более, что предопределяет очень хорошие перспективы для использования ветроэнергетики. По оценкам экспертов, Казахстан, одна из стран мира, с наиболее подходящими условиями для развития ветроэнергетики. Ветреные места расположены в Прикаспии, в центре и на севере Казахстана, на юге и юго-востоке Казахстана. Учитывая плотность мощности ВЭС на уровне 10 МВт/км2 и наличие значительных свободных пространств можно предполагать возможность установки в Казахстане нескольких тысяч МВт мощности ВЭС. По некоторым данным теоретический ветропотенциал Казахстана составляет около 1820 млрд. кВт.ч в год. Для точной оценки ветропотенциала перспективных мест необходимы специальные метеоисследования с использованием метеомачт высотой 30-80м в течении как минимум одного года. Полученные метеоданные используются для расчета годовой выработки электроэнергии ветроустановками. Результаты расчетов используются для подготовки технико-экономического обоснования строительства ВЭС. Для двух площадок в Алматинской области - Джунгарские ворота и Шелекский коридор, детальные метеоисследования и оценка ветрового потенциала были проведены при поддержке со стороны ПРООН. Как показали эти исследования Джунгарские ворота имеют очень высокий ветропотенциал. Среднегодовая скорость ветра составляет здесь 9,7 м/с на высоте 50 метров, а плотность ветровой потока порядка 1050 Вт/м2. Это дает возможность вырабатывать примерно 4400 кВт.ч электроэнергии на кВт установленной мощности ВЭС, что делает это место уникальным для целей ветроэнергетики. Наличие свободного пространства дает возможность установить здесь несколько сот МВт мощности ВЭС с годовой выработкой электроэнергии порядка 1 млрд. кВт.ч. В настоящее время предусматривается строительство пилотной ВЭС 5 МВт в этом районе. Предполагается, что ВЭС будет вырабатывать порядка 18 млн. кВт.ч электроэнергии в год. В случае успешного опыта эксплуатации мощность ВЭС может быть увеличена до 50 МВт.

Шелекский коридор, расположенный между горными хребтами Заилийский Алатау и Жетысуйский на расстоянии 150 км от г. Алматы, также имеет хороший ветровой потенциал со среднегодовой скоростью ветра 7,8м/с на высоте 50 метров и плотностью ветрового потока порядка 510 Вт/м2, что дает возможность вырабатывать порядка 3200 кВт.ч электроэнергии на каждый кВт. установленного мощности ВЭС. Это сопоставимо с хорошими ветровыми местами в Европе. В Шелекском коридоре также возможна установка сотен МВт мощности ВЭС с годовой выработкой электроэнергии порядка 1 млрд. кВтч. Оба места, Джунгарские ворота и Шелекский коридор, расположены в районах с большим дефицитом электроэнергии, что делает привлекательными строительство ВЭС в этих местах.

Перспективные места для строительства ВЭС на основании анализа метеоданных с учетом следующих факторов:

1) Доступность линий электропередач и подстанций для выдачи мощности;

2) Топография местности и высота над уровнем моря;

3) Наличие транспортных коммуникаций;

4) Наличие потребителей энергии;

5) Возможность строительства ВЭС;

6) Наличие предварительных проработок по строительству ВЭС.

В связи с увеличением спроса на электроэнергию и генерирующую мощность, тарифы будут продолжать увеличиваться. Таким образом, использование ветроэнергетики является экономически обоснованным уже сейчас, начиная с обеспечения энергоснабжения небольших населенных пунктов, не имеющих надежного централизованного электроснабжения, либо не подключенных к ним. В целях поддержки использования возобновляемых источников энергии в 2009 года был принят Закон Республики Казахстан «О поддержке использования возобновляемых источников энергии».

Законом, предусматривается ряд мер по поддержке возобновляемых источников энергии, в том числе: резервирование и приоритет при предоставлении земельных участков для строительства объектов возобновляемых источников энергии; обязательства энергопередающих организаций по покупке электроэнергии, произведенной с использованием возобновляемых источников энергии; освобождение возобновляемых источников энергии от платы за транспорт электроэнергии по сетям; поддержка при подключении объектов по использованию возобновляемых источников энергии к сетям энергопередающей организации, предоставление физическим и юридическим лицам, осуществляющим проектирование, строительство и эксплуатацию объектов по использованию возобновляемых источников энергии, инвестиционных преференций в соответствии с законодательством Республики Казахстан об инвестициях.

Получение энергии из ветра посредством инженерных средств не отличается особым разнообразием. Чаще всего применяются лопастные конструкции ветроэлектростанций (ВЭС), реже встречаются роторные, карусельные. Вырабатывая ток при скорости ветра 3 м/с, они отключаются, когда поток ветра достигает более 25 с. Максимальную мощность и эффективность ВЭС выдают при скорости ветра в третьей степени, а при переходе с 5 м/с до 10 м/с она увеличивается в 8 раз. Кроме того, мощность ВЭС также зависит от площади вращения лопастей генератора и высоты над поверхностью земли. К примеру, турбины мощностью 3 МВт датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 м, высоту башни 70 м и диаметр лопастей 90 м. Такие сверхмощные ВЭС устойчиво работают при скорости ветра 9 м/с и выше.

Главным показателем, позволяющим оценить эффективность ветроэнергетики, являются эффективные конструкции для территории с малой скоростью ветровых потоков. Таковыми признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, в частности роторного или карусельного типа.

В Казахстане ведутся исследования ветроустановок малой мощности, пригодные для работы в нашей стране при постоянном движении ветра со скоростью 4 м/с и выше.

По данным метеорологических наблюдений в течение нескольких десятилетий, высокое постоянство ветра с эффективной скоростью наблюдается в районе города Балхаша – 62,6 %, то есть там постоянно дует ветер в общей сложности 228 дней в году. В Петропавловске – 59,2 % или 220 дней, Павлодаре – 50,6, Актау – 51,5, Астане – 48,2. Алматы, к сожалению, бесперспективен для развития ветроэнергетики – на его долю приходится лишь 1,1 %.

Правильное решение всех накопленных проблем позволит не только обеспечить энергетическую безопасность Казахстана, но и значительно расширить роль электроэнергетики в диверсификации отечественной экономики. 

В мировой экономике энергосбережение за последние годы проявляет себя как самое надежное средство решения глобальной энергетической проблемы, которая характеризуется снижением запасов и исчерпаемостью невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов, экологическими проблемами, связанными со снижением выбросов парниковых газов.

Опыт развитых стран показывает, что вложение средств в энергосбережение стало полноправной альтернативой строительству энергетических объектов, а в ряде случаев даже более целесообразным.

Потенциал возобновляемых источников энергии значительно превосходит потребление энергии всем населением Земли как сейчас, так и в будущем.

По поверхности Земли ресурсы возобновляемой энергии распространены значительно равномернее и доступнее, чем залежи угля, нефтяные и газовые месторождения или уран. В настоящее время доля возобновляемых ресурсов в производстве всех видов энергии в мире занимает порядка 13,5 %, доля возобновляемых ресурсов в производстве электроэнергии - 18 %. Прогнозируется дальнейший рост доли возобновляемых источников энергии.

На энергетическом форуме «Инновации в энергетику – Казахстан 2050» было озвучено, что в Казахстане к 2050 году доля возобновляемых источников энергии в структуре электроэнергетики вырастет до половины, «В рамках перехода Казахстана к «зеленой экономике» долю ВИЭ планируется довести до 30% к 2030 году и до 50% к 2050 году. Природные условия в РК создают возможности для развития подобной генерации».

Литература

1. Стратегия эффективного использования энергии и возобновляемых ресурсов Республики Казахстан в целях устойчивого развития до 2024 года.Астана-2010

2. Андрижиевский А.А., Володин В.И. Энергосбережение и энергетический менеджмент: Учеб. пособие. — Минск: Вышэйш. шк., 2005. — 294 с.

3. Данияров Н., Малыбаев С., Келисбеков А. Использование топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте // Промышленность Казахстана. — 2012. — № 2 (71). — С. 24 — 26.

4. Каренов Р.С. Формирование рынка минерально-сырьевых ресурсов