Dažās valstīs vēja turbīnas jau ir aizstājušas tradicionālākus enerģijas avotus. Ko mēs gaidām?
Vēja turbīnas Krievijā
Vēja dzirnavas visā pasaulē tagad ražo vairāk elektroenerģijas nekā visa Krievijas enerģētikas nozare - un par cenu to ražošana jau ir kļuvusi vienāda ar termoelektrostacijām. Un tas notiek neskatoties uz to, ka pirms desmit gadiem Krievijas enerģētikas inženieri un ierēdņi uzskatīja, ka viņu attīstības iespējas ir izsmeltas, un paši vēja parki bija pārāk dārgi. Tagad viss ir sagriezies kājām gaisā: Krievijas valsts korporācija iegulda desmitiem miljardu, lai panāktu Rietumu vēja turbīnu jomā. Kāpēc nepiepildījās Krievijas ekspertu iepriekšējās prognozes, kuras mēs neņemām vērā? Un vai ir izredzes uz Rosatom mēģinājumiem iztērēt naudu?
Vēstures vējš
Kad cilvēki pirmo reizi domāja par vēja izmantošanu, jautājums ir grūts. Ir netieši pierādījumi, ka Homo erectus vai Neanderthals varēja būt kuģojuši. Mūsdienu mēģinājumi pārvarēt šaurumu starp Krētu un kontinentu - un pirms 130 tūkstošiem gadu šajā salā pēkšņi parādījās akmens darbarīki - parādīja, ka to darīt uz airiem nav reāli - straume šajā jūras šaurumā ir pārāk spēcīga. Akmens kokgriezumi, kas precīzi apstiprina buru izmantošanu, ir vairākus tūkstošus gadu veci.
Reklāmas video:
Pirmās vēja spēka piedziņas mehāniskās mašīnas izgudroja Aleksandrs Herons, 1. gadsimtā pirms mūsu ēras (viņš arī izveidoja pirmo turbīnas paraugu, kas rotē degvielas sadegšanas laikā). Tiesa, viņa vējdzirnavas atrisināja nevis praktisku, bet izklaidējošu problēmu. Tas bija sava veida mūzikas instruments, kas darbojās ar riteņa rotāciju pretimbraucošajam vējam.
Ap 400. gadu pēc Kristus Indijas budistu tempļos parādās vējdzirnavas ar vertikālu rotācijas asi - lūgšanu mašīnas. Ir viegli pamanīt viņu kardinālo atšķirību no Herona shēmas - vējdzirnavu budistu versija ir "nolikta uz sāniem".
Vēja mašīnu praktisks pielietojums tika atrasts 9. gadsimtā Irānā (Abu Ishaq al-Istakhri apraksti). Tomēr viņiem nebija nekāda sakara ar tiem, pie kuriem esam pieraduši. Tie bija torņi, kuru perimetrā bija ar audumu pārklātas acu struktūras. Vējš tos pagrieza, un īpašs mehānisms vertikālās ass pagriešanu pārveidoja par dzirnakmeņu kustību vai ūdens pacelšanas ierīces darbību.
No Irānas jaunums sasniedza Indiju un Ķīnu, bet ne Eiropu, kas tajā laikā aizņēmās ļoti maz tehnisko jauninājumu.
1185. gadā pirmā vējdzirnavas tika pieminētas Jorkšīrā (Anglijā), un šī pirmā rietumu vējdzirnavas jau bija pazīstama tipa - ar horizontālu rotācijas asi, uz kuras tika uzmontētas vertikāli rotējošas lāpstiņas. Kā redzam, jau no 12. gadsimta rietumu un austrumu pieeja vēja turbīnām bija pretēja.
Austrumu shēmas priekšrocības salīdzinājumā ar rietumu ir acīmredzamas. Vertikālās ass vēja turbīna darbojas neatkarīgi no vēja virziena, tāpēc ķīnieši un irāņi to varēja atstāt bez uzraudzības un doties darīt svarīgākas lietas. Turklāt austrumu versijā ar vienādu jaudu konstrukcijas vēja ātrums ir daudz lielāks, tāpēc tā sāk darboties pat ar vāju vēju.
No otras puses, horizontālās ass rietumu vēja turbīnai ir savas stiprās puses. Jā, tas ir "jātur pret vēju", taču tā asmeņus vējš vienmēr ietekmē tikai no vienas puses, kas palielina to enerģijas izlaidi. Austrumu daļa ar katru revolūciju piedzīvo brīdi, kad asmeņi pagriežas un vējš tos "sit" no otras puses. Ir pietiekami daudz inerces, lai konstrukcija varētu pagriezties tālāk, bet masts spēcīgi krata, un daļa no rotācijas enerģijas iet uz "trieciena" kompensāciju. Šo mainīgo slodžu dēļ masts vai tornis ir jāpadara stiprāks un masīvāks. Rezultāti ir acīmredzami: rietumu vēja turbīnu ir grūtāk darbināt, bet efektīvāk un lētāk.
Vējdzirnavas Eiropā bija ļoti plaši izplatītas līdz tvaika dzinējiem un elektrībai. Viņiem gandrīz nebija vajadzīgs personāls, elektropārvades līnijas (kas ir svarīgi lauku apvidos), un viņi bija mazāk trokšņaini. Nu, vējdzirnavu versija, kas paceļ ūdeni no akas, joprojām ir ārkārtīgi populāra trešajā pasaulē, kur elektrifikācija joprojām nav skārusi vairāk nekā miljardu cilvēku.
Mēģinājumi draudzēties ar vēju un elektrību tika veikti ļoti agri. Pirmā elektriskā vēja turbīna tika uzbūvēta Dānijā 1890. gadā. Rietumos to izmēri 20. gadsimta sākumā sasniedza 25 metru augstumu, un asmeņu laidums bija 23 metri. Ak, visu izjauca mainīgā vēja problēma. Elektrība bija nepieciešama pat tad, kad tā nepūta, un dīzeļa ģeneratori un elektropārvades līnijas bija diezgan lētas. Tāpēc vējdzirnavas tika izstumtas tālos laukos, kur tās strādāja apūdeņošanai. Bet tikai uz brīdi!
Pārmaiņu vējš PSRS
Kad rietumu pasaule elektrifikācijas dēļ sāka atbrīvoties no vēja turbīnām, mūsu valsts gāja pavisam citu ceļu - "pa vējam". Kompensējot termoelektrostaciju trūkumu, Centrālais aerohidrodinamikas institūts 1920. gados izveidoja virkni mazu vēja turbīnu ar jaudu līdz 30 kilovatiem, piegādājot tām hidraulisko akumulatoru. Ar vairāk nekā paaudzi vēja turbīna pacēla ūdeni līdz masta augstumam, un, kad nebija vēja, tas iztukšoja ūdeni atpakaļ, tas pagrieza ūdens turbīnu, kas deva strāvu. Tos izmantoja Burjatijā un citās vietās bez elektropārvades līnijām. Shēma, starp citu, ir ārkārtīgi saprātīga - šogad Vācijā pēc tās pašas koncepcijas tika uzbūvēta vesela spēkstacija, tikai daudz jaudīgāka.
PSRS pirms Sibīrijas naftas un gāzes atradņu atklāšanas stratēģisku apsvērumu dēļ aktīvi tika attīstīti alternatīvie enerģijas avoti. 90 procenti padomju naftas tika saražoti Kaukāzā, un bija acīmredzams, ka jebkurā karā ienaidnieks mēģinās tur sist. Tas bija tas, ko Francijas aviācija plānoja darīt 1940. gadā. Tikai Hitlera veiktā Trešās Republikas iznīcināšana to novērsa. Pats Hitlers vēlējās to izdarīt, taču arī tas viņam neizdevās. Lai pasargātu sevi, padomju valdība rosināja dažādas alternatīvas - sākot no pusotras ar koksnes gāzes ģeneratoriem līdz pat … vēja turbīnām ar spararatu glabāšanu.
Jā, tieši šāds brīnums tika palaists Kurskā 1931. gadā. Tikai ar 35 kilovatu jaudu tas bija aprīkots ar "uzglabāšanas disku" (trešdaļu tonnu), kas rotēja traukā, no kura tika evakuēts gaiss, lai mazinātu berzi. Izgudrotāja Ufimceva vēja elektrostacija apgaismoja viņa māju un baroja darbnīcu arī tad, kad nebija vēja. Tomēr 1936. gadā viņš nomira, un kopš tā laika stacija (tā joprojām pastāv) nekad nav palaista.
Tomēr arī bez uzglabāšanas ierīcēm padomju vēja turbīnas bija starp līderiem. 1931. gadā netālu no Balaklavas tika uzbūvēts pasaulē jaudīgākais vēja ģenerators ar 100 kilovatiem (asmeņu laidums - 30 metri). Interesanti, ka vācieši, kas tagad ir vēja enerģijas attīstības priekšgalā, tad pret vēja parkiem izturējās diezgan rupji. 1941. gadā viņu apšaude izsita lielāko vēja turbīnu uz planētas. Varbūt tas bija skaudības jautājums - viņu pašu vēja turbīnas tad deva ne vairāk kā 70 kilovatus un bija daudz mazākas. 1950. – 1955. Gadā PSRS gadā saražoja 9000 vēja turbīnu - ar jaudu līdz simtiem kilovatu. Nu kā gan citādi jaunās zemes un ziemeļus varētu piegādāt ar enerģiju pirms dīzeļa ģeneratoriem?
Neatkarības vējš
Padomju vēja enerģiju nogalināja pēckara lētā šķidrā kurināmā uzplaukums, bet rietumu - 70. gadu naftas krīze. Tad tur nobrieda ideja par enerģētisko neatkarību no nervoziem un uz austrumu apgādājamo tautu monopola slepenas vienošanās uz vēja enerģijas rēķina.
No pirmā acu uzmetiena mēs saskaramies ar skaidru regresu. Kāpēc pāriet no stabiliem enerģijas avotiem uz tiem, kas burtiski ir atkarīgi no vēja? Turklāt pirms dažiem gadiem Krievijas amatpersonas mums teica, ka vēja turbīnas Eiropā ražo dārgu enerģiju. Mēģināsim to izdomāt.
Mūsdienu horizontālās ass vējdzirnavas faktiski nav tik ļoti atkarīgas no mazākām vēja ātruma svārstībām. Vestas V164 ir 220 metrus augsts (pusotra Heopsa piramīda) un asmeņi ar 164 metru šūpolēm (vairāk nekā 50 stāvu ēka). Tās stiklplasta asmeņu kopējais svars ir 100 tonnas. Faktiski šādam dizainam ir savs atmiņas disks, tikai tā masa ir 300 reizes lielāka nekā Ufimcevam.
Tajā pašā laikā gaidāms turpmāks vēja turbīnu augstuma un to asmeņu laiduma pieaugums, kas nozīmē, ka mazas apstāšanās tām vēl mazāk draud. Tiek uzskatīts, ka ir lietderīgi palielināt izmērus vismaz līdz 300–400 metru augstumam un asmeņu laidumam līdz 300 metriem.
Sākot ar Siemens Enercon E-126, šādu kolosālu asmeņu izveidošanai jau ir metode - tos veido divas sekcijas, kas ievietotas viena otrā. Vairāki ražotāji plāno palielināt to skaitu pat līdz trim.
Tā paša Vestas V164 jauda jau pārsniedza 9 megavatus, un tā asmeņu laiduma dubultošanās palielinās vēja turbīnas jaudu līdz 40 megavatiem. Vēl svarīgāk ir tas, ka ik pēc simts augstuma metriem vidējais gada vēja ātrums ievērojami palielinās. Ar patiešām lielām konstrukcijām ir jēga veidot vēja parkus pat mežainos apvidos, kur vēja ātrums zemes tuvumā parasti ir diezgan zems.
Sakarā ar nepārtrauktu vēja turbīnu lieluma pieaugumu, to enerģijas izmaksas visu laiku krītas. Spriediet pats: cilvēki zina, kā lēti būvēt pat 828 metru ēkas, un, pieaugot to augstumam, izmaksas pieaug lineāri. Bet vējdzirnavas izlaide ar katru augstuma dubultošanos pieaug jau kvadrātā. Vēja enerģijā ir ļoti jūtami apjomradīti ietaupījumi.
Patiešām, pat pirms pieciem gadiem, 2012. gadā, vēja turbīnas rietumos saražoja elektroenerģiju vairāk nekā par 10 centiem par kilovatstundu. Tomēr šodien šis skaitlis, kā atzīmēja ASV Enerģētikas departaments, ir samazinājies līdz 4-5 centiem par kilovatstundu. Pat jaunās jūras vēja turbīnas, kas parasti ir dārgākas nekā sauszemes, nodrošina enerģiju par 6–7 centiem par kilovatstundu, un šī cena krīt vēl straujāk nekā uz sauszemes. Iemesls ir tāds, ka jūrā jūs varat nēsāt vismaz 200 metru garus asmeņus, jo uz jūras "ceļiem" ir daudz vietas un nav drūzmas.
Labi, jūs sakāt. Bet kā ar miera periodiem, kad nedēļām nav stipra vēja? Nu, tāpēc viņi Eiropā būvē jūras vēja turbīnas. Ir “ejas” pāri jūrai, kur praktiski nav miera. Par laimi eiropiešiem, viņi atrodas tuvu viņiem un bieži vien seklajos ūdeņos. Piemēram, visa Ziemeļjūra ir diezgan sekla, tāpat kā, starp citu, lielākā daļa ūdeņu pie ASV austrumu krastiem. Turklāt šogad tika nodota ekspluatācijā pasaulē pirmā peldošā vēja elektrostacija ar desmitiem megavatu. Tās vējdzirnavas ir noenkurotas, un darba dziļums tām ir līdz 800 metriem. Šāda dziļuma jūru kopējā platība ir tāda, ka tās var nodrošināt enerģiju visai pasaulei un daudzas reizes. Zaudējumi augstsprieguma līdzstrāvas elektropārvades līnijās tagad ir samazinājušies zem 3 procentiem uz tūkstoš kilometriem - tas ir, "jūras" vēja enerģija sasniegs pat iekšzemi.
Tajā pašā laikā nevajadzētu idealizēt vēja parku ilgtspēju. Jā, tie var nodrošināt enerģiju visu gadu, un ziemā tās pašas jūras vējdzirnavas dos vairāk enerģijas nekā vasarā - palīdzēs ziemas vētras. Tomēr viņi nespēj tikt galā arī ar rīta un vakara patēriņa virsotnēm - vējš aptuveni vienādi pūš 19:00 un 03:00. Tāpēc rietumos tiek uzskatīts, ka vairākus procentus no kopējās gada produkcijas turpinās nodrošināt “pīķa” gāzes termoelektrostacijas. Tajā pašā laikā tie patērēs daudz mazāk degvielas nekā šodien, kad jūras vēja turbīnu bloki vēl nav uzbūvēti. Bet ir vērts atcerēties, ka diez vai tas būs ilgi jāgaida.
Mūsdienās vēja enerģija saražo vairāk nekā triljonu kilovatstundu gadā - vairāk nekā visā Krievijas enerģētikas nozarē. Un, ja elektroenerģijas ražošana mūsu valstī kopš 1990. gada nav palielinājusies (aptuveni tāda paša rūpnieciskās ražošanas apjoma dēļ), tad to nevar teikt par vēja turbīnām. Tikai pirms 10 gadiem viņi nedeva pat desmito daļu no pašreizējās produkcijas. Mēs varam droši teikt, ka pēc desmit gadiem planētas WEC dos daudz vairāk nekā tagad. Turklāt lielāko daļu vēja turbīnu pašlaik būvē Ķīna, un tur viņi zina, kā izvietot patiešām masveida ražošanu.
aizgājis līdz ar vēju
Krievija var lepoties ar visnegaidītāko pirueti, kas atrodas cilvēces ceļā uz vēja enerģiju. Kad WPP Rietumos bija nepopulāri, mūsu valstī to skaits pieauga. Kad viņi sāka aktīvi attīstīties pasaulē, valstī parādījās enerģētikas nozares ekspertu pūļi, kuri norādīja: "Vieta vēja turbīnām Eiropā ir beigusies." Tiesa, kopš mēs sākām to teikt, vēja elektrostaciju jauda eiropiešu vidū ir pieaugusi desmitkārtīgi un turpina pieaugt. Acīmredzot mūsu ekspertu viedoklis viņiem netika nodots.
Nu, 2016. gadā mēs pēkšņi atkal domājām, tā teikt atgriezāmies Dorežņeva PSRS. Rosatom bija pirmais, kurš izteica savu svarīgo vārdu valsts līmenī. Tās ģenerāldirektora vietnieks Vjačeslavs Pershukovs godīgi atzīmēja: pēc tam, kad ir izpildīti esošie pasūtījumi jaunu atomelektrostaciju būvniecībai ārvalstīs, Rosatom var palikt bez ārvalstu būvniecības projektiem, jo šis tirgus strauji sarūk. Kodolenerģija ārpus Krievijas patiešām samazinās, un nav izredžu uz izeju no tās.
Galvenais iemesls ir vienkāršs: Rietumos ražota kodolenerģija ir dārga. Krievijā būvēto atomelektrostaciju enerģija ir lētāka, taču tā joprojām nav tik liela kā jauno rietumu vēja turbīnu enerģija. Jā, lai kompensētu to nekonsekvenci, jums ir vajadzīgas dažas ar gāzi darbināmas termoelektrostacijas, bet arī atomelektrostacijām. Galu galā reaktors vienmēr dod tādu pašu jaudu, un cilvēki dienā patērē daudz vairāk nekā naktī. Ar vienādu cenu un vienādām problēmām Rietumu pircējs, uz kuru vienmēr attiecas “zaļo” spiediens, nekad neizvēlas kodolenerģiju.
Šeit ir Pershukov un paziņo: iespējas būvēt jaunas lielas atomelektrostacijas ārzemēs ir praktiski izsmeltas. Mums nevajadzētu nopelnīt naudu kodoltehnoloģiju tirgū. Viss. Pretējā gadījumā tas nedarbojas,”viņš pareizi atzīmē.
Protams, ja jūs vispirms pametat kādu biznesu uz desmit gadu un tad to uzņematies, kad konkurentiem jau ir tehnoloģijas, kas ir izstrādātas gadiem ilgi, tad nevajadzētu uzreiz rēķināties ar līdera pozīcijām. Tāpēc Rosatom gāja pa Pētera I jau pārspēto ceļu un sāka mācīties no holandiešiem jaunu (pareizāk sakot, vecu, mūsu valstī labi aizmirstu). Ar meitasuzņēmuma starpniecību viņš nodibināja partnerību ar Lagerveju. Līdz 2020. gadam valsts korporācija plāno uzbūvēt 26 mazus vēja parkus ar 610 megavatiem - sākot ar Uljanovskas apgabalu 2018. gadā. Jā, tā ir mazāka par simto daļu no gada globālā ieguldījuma, taču Rosatom mācās no šīm drupām. Turklāt 2020. gadā Krievijā plānots lokalizēt vēja turbīnu ražošanu par 65 procentiem.
Tas būs grūtāk vēlāk, kad būs jādodas lielā mērogā. Nav iespējams ar peļņu ražot vēja turbīnas ar kopējo jaudu tikai simtiem megavatu gadā. Tas ir liels bizness, bez masveida ražošanas tajā nebūs zemas cenas. Tāpēc ir nepieciešams paplašināt gan vēja turbīnu būvniecību mūsu valstī, gan ienākt pasaules tirgū. Tomēr šeit būs ļoti grūti sacensties.
Milži, piemēram, Vestas, gadu desmitiem ir pilnveidojuši savas tehnoloģijas un izveidojuši pilnīgi unikālas iespējas. Piemēram, rūpnīca titānisko asmeņu ražošanai desmitos tonnu, kas atrodas uz salas, lai atvieglotu tik sarežģītu kravu eksportu sauszemes ceļiem. Kur Rosatom to veidos un vai tas spēs sekot līdzi nepārtraukti uzlabojošam vēja turbīnu tirgum, ir jautājums, un tas nav viegli.
Komentārā KP Rosatom pārstāvis Andrejs Ivanovs atzīmēja, ka Rosatom nodaļa NovaWind, kas atbild par projektiem "jaunajā enerģētikā", ir piekritusi nodibināt kopīgu uzņēmumu ar Lagerwey - Red Wind BV. Tas nodarbosies ar vēja turbīnu ražošanas lokalizāciju Krievijā., un precīzāk - Volgodonskā, netālu no esošajām Rosatom iekārtām. Mūsu valstī tiks būvētas vēja turbīnas ar 2,5 un 4,5 megavatiem. Kopumā Red Wind līdz 2022. gadam piegādās 388 šādas vēja turbīnas, no kurām pirmās 60 tiks montētas tikai Krievijā - no Lagerwey komponentiem - un tikai tad būs tik iespaidīgu izmēru “vietējās” vēja turbīnas.
Viņam ar atomelektrostaciju bija daudz vieglāk. Galu galā tie tika izveidoti ne tikai PSRS, bet arī nebeidza būvēties un pilnveidoties mūsu valstī. Būt pirmajam tajā, kurā esi pionieris, ir daudz vieglāk nekā tur, kur tev jāmācās no citiem. Cerēsim, ka valsts gigantam tas izdosies, it īpaši tāpēc, ka tajā ir labs inženiertehniskais personāls.
Nākotnes vējš
Atzīsim - visticamāk, vēja turbīnas nākamajās desmitgadēs nekļūs par galveno cilvēces enerģijas avotu. Jā, Dānijā viņi jau piegādā lielāko daļu elektroenerģijas, un ASV tie nodrošina vairāk nekā hidroelektrostacijas. Bet valstīs, kur joprojām ir daudz skaidru dienu, saules enerģija tagad attīstās daudz ātrāk nekā vējš. Ar tās palīdzību iegūtās elektroenerģijas cenas krītas pat straujāk nekā vēja parku cenas. Jau 2020. gadu sākumā tas apsteigs vēja turbīnas ražošanā un kļūs par galveno aunu, kas iznīcina ogļu un ogļūdeņražu enerģiju.
Bet valstīm ar ziemeļu teritorijām vējš var spēlēt citu lomu - galveno ģeneratoru. Maz ticams, ka tas notiks Krievijā, un ne tikai tāpēc, ka uz dienvidiem no Samaras mums ir daudz saules. Vēl svarīgāk ir tas, ka mēs nevaram atstāt ne kodolenerģiju, ne gāzes enerģiju milzīgās infrastruktūras dēļ, kas viņiem tika uzbūvēta. Neskatoties uz to, līdz 2030. gadam vēja turbīnas kļūs par biežiem elementiem Krievijas ainavās - tāpat kā tagad Vācijā vai Lielbritānijā.