Состояние и перспективы разработки генеральной схемы размещения ветроэлектрических станций в России до 2030 года

В данной статье предложен проект схемы перспективного (до 2030 года) размещения и использования в России ветроэлектрических станций (ВЭС). Основу предлагаемой схемы составляют ВЭС, размещенные в энергетически дефицитных районах России, где расчетная себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии (ЭлЭн) ниже себестоимости вновь строящихся электростанций на газе (ГазЭС). Авторы: Николаев В.Г., директор Автономной некоммерческой организации «Научно-информационный центр «АТМОГРАФ» (НИЦ «АТМОГРАФ»), Ганага С.В., Научно-информационный центр «АТМОГРАФ»

Суммарная мощность таких ВЭС, технологически реализуемых до 2020 и 2030 годов, составляет до 7 и 30 ГВт с годовой выработкой до 17, 5 и 85 млрд кВт.ч, что в большой степени способствует выполнению Распоряжения Правительства РФ 1-р от 08.01.2009 о доведении производства ЭлЭн в РФ к 2020 году на возобновляемых источниках энергии до 4, 5% (без больших ГЭС).

Аргументация реальности и высокой эффективности промышленного производства ЭлЭн на ВЭС России основана на следующих положениях.

1. В качестве базовых для промышленной выработки ЭлЭн в РФ с учетом мирового опыта выбраны наиболее энергетически и экономически эффективные ВЭС мощности 30–50 МВт на основе современных ВЭУ мощности 2–3 МВт.

2. ВЭС размещаются в районах, где себестоимость вырабатываемой ими ЭлЭн ниже себестоимости ЭлЭн вновь строящихся тепловых электростанций (на газе и угле), – основы электроэнергетики страны в настоящее время и, согласно Энергетической стратегии России до 2030 года, в многолетней перспективе.

3. Ресурсным условием выполнения пункта 2 является размещение ВЭС в местах, где ВЭР обеспечивают работу ВЭС с КИУМ > 30% [1].

Себестоимость ЭлЭн ВЭС определена с учетом прогноза капитальных и эксплуатационных затрат на современных ВЭС и результатов исследований авторами возможных многолетних сценариев макроэкономических факторов (инфляции и стоимости ЭлЭн и топлива в России и странах ЕС).

Для определения экономически эффективных ВЭС авторами в [2] предложен способ, основанный на расчете возможных объемов выработки ЭлЭн ВЭС, отвечающей двум критериям. Согласно первому, прогнозная себестоимость электроэнергии ВЭС должна быть на 18–20% ниже таковой у наиболее экономичных в рассматриваемом районе альтернативных вновь строящихся электростанций.

Согласно второму, целесообразная суммарная установленная мощность вводимых ВЭС, отвечающих первому условию, ограничена 20% от ожидаемой к 2030 году суммарной электрогенерирующей мощности всех электростанций субъекта РФ с учетом технологических ограничений по вводу ВЭС, определенных в [1, 2]. При этом в силу хозяйственно-финансовой разобщенности региональных энергетических компаний и в целях минимизации потерь электроэнергии ВЭС при ее транспортировке предполагается, что основная часть выработки ЭлЭн ВЭС, расположенных на территории субъекта РФ, потребляется им же и соседними субъектами с учетом прогноза потребления ЭлЭн в каждом субъекте РФ согласно Энергетической стратегии РФ 2030 [3] с использованием описанной в [2] экономической модели капитальных и эксплуатационных затрат на ВЭС и альтернативных им электростанциях.

Количественным критерием достаточности экономической эффективности ВЭС принят уровень себестоимости их ЭлЭн – 5, 5 euro/кВт.ч, исходя из минимальной себестоимости ЭлЭн вновь строящихся в России ГазЭС, по оценкам авторов, более 6, 5 euro/кВт.ч. Последнее значение складывается из капитальной (1, 3–1, 45 euro-ц/кВт.ч), топливной (3, 6–4, 4 euro-ц/кВт.ч) и эксплуатационной (1, 6–1, 8 euro-ц/кВт.ч) составляющих.

Экономическая эффективность ВЭС рассчитана по развитой в [2] модели капитальных затрат на ВЭС для двух возможных вариантов.

Таблица 1. Перспективные районы и возможные объемы использования ВЭС в РФ до 2020 года

При размещении ВЭС вдали (более 30 км) от существующих повышающих трансформаторных подстанций (ТП) для каждой крупной ВЭС предусматривается строительство ТП вблизи (не далее 3 км) существующих высоковольтных (> 110 кВ) линий электропередачи (ЛЭП). При удаленности ВЭС от ближайшей ТП менее 25 км до нее сооружается ЛЭП на 35–110 кВ [5]. Максимальная удаленность от автотрасс экономически эффективных ВЭС, согласно [5], составляет в зависимости от их суммарной мощности, типа и стоимости базовых ВЭУ от 6 до 12 км.

Таблица 2. Возможные объемы использования ВЭС в Камчатском крае до 2020 года

*) ТЭС, ДЭС, ГеоЭС и ГЭС, входящие в объединенную энергосистему

Необходимыми условиями достижения максимума энергетической эффективности и минимума затрат при строительстве и эксплуатации ВЭС являются благоприятный рельеф, и подстилающая поверхность и транспортная доступность, что, как правило, выполняется на посевных площадях в зонах централизованного электроснабжения, являющихся, по мнению автора, подходящим полигоном для размещения ВЭС.

Данные о посевных площадях России взяты из официальных источников [4]. С учетом ограничений повсеместного размещения ВЭУ автор полагает возможным размещение ВЭС на 50% посевных площадей 1990 года, удовлетворяющих условию КИУМ> 30%, площадь которых составляет около 110 тыс. км2, или около 0, 65% от территории страны. Распределение по территории России, стран СНГ и Балтии параметра КИУМ для ВЭУ V 90 компании VESTAS – мирового лидера по производству ВЭУ, полученное по методике работы [1], дано на рисунке 1. Оцененный таким образом потенциал экономически эффективных ВЭС РФ составляет свыше 1100 млрд кВт.ч, превышает потребление ЭлЭн в стране внастоящее время и, согласно [3], 70% ожидаемого потребления в 2030 году.

Рис. 1. Распределение параметра КИУМ ВЭУ V 80 с высотой башни 100 метров по территории РФ

Масштабы использования ВЭС в РФ с учетом установленных экономических преимуществ над традиционными источниками энергии и имеющихся в стране ветровых ресурсов ограничены лишь потребностями в электроэнергии и технологическими и производственными ограничениями. К последним относятся ограничения темпов ввода ВЭС, связанные с возможностями импорта оборудования, организацией собственного производства ВЭУ и их ремонтной инфраструктуры, подготовкой кадров и пр. [2].

Исходя из мировых темпов развития и имеющегося в России кадрового, технологического и производственного уровня авторам представляются целесообразными рубежи развития и темпы их достижения, соответствующие средним темпам развития ветроэнергетики в Испании, Индии, Франции. При этом к 2020 и 2030 годам суммарная мощность ВЭС с себестоимостью ЭлЭн не выше 5–5, 5 euro-ц/кВт.ч в РФ может составить до 6, 5–7 ГВт в 2020 году и до 30–35 ГВт в 2030 году.

С учетом потребностей страны в наращивании генерирующих мощностей, ветроэнергетических ресурсов и установленной высокой эффективности современных ВЭС, а также при принятии правовой базы, эффективно регулирующей взаимоотношения в электроэнергетике между генерирующими и сетевыми компаниями внутри субъекта и между субъектами РФ, суммарная выработка ВЭС к 2030 году может достигать 80–85 млрд кВт.ч (до 5, 5% потребления ЭлЭн в России в 2030 году).

Перспективные районы и возможные объемы использования ВЭС до 2020 года в России в целом и в отдельном субъекте РФ (на примере Камчатского края) даны в таблице 1 и 2. Полученные результаты предлагаются авторами в качестве основы для разработки генеральной схемы размещения ВЭС в России до 2020 года.