Выгоден ли ветрогенератор? Расчет окупаемости устройства в условиях российской действительности
Сторонникам альтернативного энергоснабжения сегодня предлагается разнообразие решений – от солнечных батарей до ветрогенераторов, производительность которых достигает несколько тысяч киловатт-часов в год. Последний вариант пользуется заслуженной популярностью. Наши сограждане предпочитают брать пример со стран Европы, где использование ветровой энергии вышло на промышленные масштабы и в некоторых областях практически заменило централизованную подачу электроэнергии. Однако в отличие от государств северного европейского побережья климат в России имеет свои особенности. И их необходимо учитывать при выборе и расчете окупаемости ветрогенератора, чтобы дорогостоящее устройство оправдало вложения и принесло ощутимую пользу.
Особенности применения ветрогенераторов
Чтобы устройство работало на полную мощность и сумело превзойти свои номинальные характеристики, его рекомендуется устанавливать на большой высоте – около 30-40 м, где порывы ветра сильнее, чем у поверхности земли. В условиях плотной застройки выполнение данного требования проблематично. Поэтому расчет высоты нужно делать, добавляя около 4-5 м от уровня поверхности самого высокого здания возле площадки под генератор. Оптимальное же место его монтажа – степь или участок без растительности радиусом около 200 м относительно точки установки.
Учитывая непостоянный характер ветров, ветрогенератор лучше использовать для питания приборов и техники, которая не предъявляет особых требований к качеству энергоснабжения. А вот подключать к устройству напрямую чувствительные приборы категорически не рекомендуется. Вследствие частых скачков напряжения они быстро выйдут из строя. Решением проблемы может стать использование выпрямителя электроэнергии, выбор и монтаж которого следует выполнять с учетом рекомендаций производителя.
Разработчики альтернативных источников энергоснабжения настоятельно советуют использовать возможности системы бесперебойного питания. В ее функции будет входить накопление запасов «лишней» электроэнергии и ее подача в дом во время продолжительного безветрия, когда генератор находится в режиме вынужденного простоя. Основа системы – аккумуляторная батарея, для своевременной подзарядки которой необходимо подключить в сеть выпрямитель. Он выровняет показатели получаемой энергии и снизит риск перезарядки в случае резкого скачка напряжения при увеличении силы ветра. А чтобы превратить постоянный ток от генератора в переменный, подходящий для питания бытовых устройств, в систему монтируют инвертор.
Если для региона характерны многодневные периоды безветрия, в систему бесперебойного питания рекомендуется подключить бензиновый или дизельный генератор. В случае полной разрядки аккумулятора и временного бездействия ветряка устройство обеспечит подачу в дом требуемого количества электроэнергии, и перебоев с электроснабжением удастся избежать.
Расчет окупаемости ветрогенератора
Вложив в приобретение устройства сотни тысяч рублей, новый владелец вправе рассчитывать на его очевидную выгоду и окупаемость ветряка. Попробуем рассчитать цену киловатта электроэнергии на стандартной модели генератора мощностью 4-5 кВт. При скорости ветра 4-5 м/с устройство даст около 350 кВт за месяц, или 4200 кВт за год. Срок службы генератора – около 25 лет, стоимость большинства моделей устройств – в пределах 280 000 рублей. Делим стоимость на произведение годовой выработки и срока эксплуатации:
280 000 / 4200*25 = 2,666 рубля
Таким образом, стоимость киловатта энергии окупаемого ветрогенератора будет составлять чуть более 2,5 рубля. По сравнению с актуальным уровнем цен выгода есть, но она не так велика, как хотелось бы при использовании альтернативных источников энергии.
Приведенные выше расчеты дают другой результат, если скорость ветра составит около 7-8 м/с. В месяц ветрогенератор мощностью 6-7 кВт даст около 780 кВт или в год 9000 кВт. При стоимости таких ветряков около 310 000 получим следующий результат:
310 000 / 9000*25 = 1,3722 рубля
Такая стоимость – очевидная выгода, особенно для энергоемких объектов.
Подводя итоги вышесказанного: выгоден ли ветрогенератор
Приведенные результаты наглядно доказывают окупаемость расходов на приобретение и запуск ветрогенератора. Тем более что:
- Стоимость киловатта постоянно растет вследствие инфляции.
- При использовании ветряка объект становится энергонезависимым.
- «Излишки» выработанной электроэнергии могут накапливаться и храниться на случай безветренной погоды благодаря системе бесперебойного питания.
- Немало объектов, удаленных от сети централизованного энергоснабжения, вынуждены существовать в условиях отсутствия электричества, поскольку их подключение нерентабельно.
Итак, ветрогенератор выгоден. Его приобретение для энергоемких потребителей без электроснабжения экономически целесообразно. Гостиница за городом, сельскохозяйственная ферма или животноводческое предприятие, коттеджный поселок – в любом случае расходы на подключение альтернативного источника электроснабжения будут оправданы. Остается только подобрать подходящую модель ветряка и установить ее, руководствуясь рекомендациями компании-производителя. Мощность устройства должна соответствовать средней скорости ветра в вашем регионе. Уточнить ее можно по специальной карте ветров или по данным местной метеостанции.
Обратите внимание: для ветрогенераторов китайских производителей номинальная мощность устройства рассчитана с учетом скорости ветра на уровне 50-70% от уровня земли. Установить ветряк на такой высоте проблематично. Слишком высокая мачта стоит дорого, а к ее прочности предъявляются строгие требования. Кроме того, на указанной высоте порывы ветра образуют сильные вихревые потоки. Они не только замедляют работу ветрогенератора, но и могут стать причиной поломки лопастей. Решение – установка устройства на высоте 30-35м, что обеспечит доступ к сильному ветру, но исключит поломку ветряка.
Ветровая энергетика впервые станет прибыльной без субсидий и дешевле атомной энергии
Шельфовая ветровая электростанция Sheringham Shoal, Великобритания
Критики альтернативной энергетики часто говорят, что она развивается только благодаря государственным субсидиям и налоговым льготам. Себестоимость «зелёной» энергии выше, чем традиционной, получаемой от сжигания углеводородов и расщепления атомных ядер. До недавнего времени так и было. Но правда в том, что альтернативная энергетика становится более рентабельной с каждым годом. Сейчас европейская ветровая энергетика приближается к важному рубежу: планируются три новых ветровые станции на прибрежном шельфе, которые впервые будут построены без государственных субсидий.
Шельфовые ветровые электростанции по определению дороже, чем наземные установки. Здесь башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Для передачи энергии на берег нужно прокладывать подводные кабели длиной в десятки километров.
Шельфовым ветровым электростанциям требуются более высокие башни и более массивные фундаменты, а солёная вода угрожает коррозией металлических конструкций. Во всех отношениях морские ветряки гораздо дороже, чем наземные аналоги. Правда, у них есть и важное преимущество — они имеют бóльшую эффективность из-за регулярных морских ветров. Но это не влияет на высокую стоимость строительства морских конструкций.
Однако европейцы стараются довести до рентабельности даже шельфовые ветровые электростанции. Инвесторы решили, что к 2024-2025 годам будет выгодно строить даже без государственных субсидий. Правда, это пока теоретические планы, которые предусматривают установку ветрогенераторов на 13 и 15 МВт, а таких ещё не существует. Сейчас самая большая турбина имеет мощность только 8 МВт. Но немецкие инвесторы рассчитывают, что через несколько лет производители — Siemens Gamesa и MHI Vestas Offshore Wind — изготовят-таки требуемое оборудование. Понадобятся не только ветрогенераторы, но и новые системы передачи электроэнергии по морскому дну: несколько инновационных технологий сейчас проходят испытания.
Возможно, в строительстве первых рентабельных шельфовых ветровых электростанций будет участвовать одна из крупнейших в мире фирм-производителей ветрогенераторов и ветровых электростанций — Siemens Gamesa Renewable Energy. Свою экспертную оценку даёт Бент Кристенсен (Bent Christensen), который в компании Siemens Gamesa Renewable Energy отвечает за финансовое прогнозирование стоимости электроэнергии. Он объясняет, что в 2013 году новые проекты ветровых электростанций поставляли электроэнергию по цене примерно 160 евро за мегаватт-час, и тогда представители индустрии поставили «реалистичную долговременную цель» понизить стоимость энергии до 100 евро за мегаватт-час к 2020 году. Так вот, по его словам, эта цель достигнута уже сейчас.
Эти оценки подтверждают независимые аналитики. Например, в декабре 2016 года финансовая консалтинговая компания Lazard опубликовала анализ рынка (pdf), в котором вывела несубсидируемую стоимость электроэнергии в новых шельфовых проектах в 105 евро за мегаватт-час, это снижение на 27% по сравнению с 2014 годом. Компания сделала вывод, что шельфовая энергия ветра дешевле, чем угольные электростанции, солнечные панели на крышах и даже дешевле, чем атомная энергия! На диаграмме приведена себестоимость без субсидий.
Три электростанции в Северном море, которые планируется построить без государственных субсидий, показаны на карте.
На карте показан также энергетический хаб, который будет концентрировать энергию от нескольких электростанций — и поставлять её в разные страны. Планируется проложить каналы в Великобританию, Нидерланды, Германию, Данию и Норвегию. По идее, владельцы станций могут продавать электроэнергию туда, где она дороже в данный момент. Энергетический хаб предолагают сделать на одном или нескольких искусственных островах в Северном море (см. видео).
На острове могут посменно жить техники, которые обслуживают ветрогенераторы, там будут храниться запчасти и швартоваться служебные суда. По идее, это удешевит обслуживание ветровых электростанций поблизости. Но главное, что остров снизит потери на преобразование и передачу электроэнергии, здесь разместятся конвертеры HVDC, на сухой почве.
Три новых проекта обещают ещё сильнее снизить себестоимость электричества. Например, датская компания Dong Energy закладывается вообще в беспрецедентную цену 62 евро за мегаватт-час. Эта компания уже начала строить шельфовую электростанцию Hornsea Project One неподалёку в Северном море, которую позиционируют как самую большую шельфовую электростанцию в мире. 7-мегаваттные ветряки высотой по 190 метров в море займут в море территорию 407 км², что можно сравнить с довольно крупным городом. К 2020 году они выйдут на максимальную мощность 1,2 гигаватта, так что этот гигантский город-электростанция в 120 км от берега станет первой в мире ветровой электростанцией гигаваттного масштаба.
Ещё одну электростанцию в Северном море планирует немецкая компания Energie Baden-Württemberg, которая тоже рассчитывает на цену ниже 75 евро за мегаватт-час.
По мнению экспертов, такое стремительное падение цен вызвано сильной конкуренцией на всех фронтах — от производства ветрогенераторов до услуг по установке и прокладке кабелей.
Проблема окупаемости ветрогенератора: размеры, установка, эксплуатация ветряка
Использование ветрогенератора обычно имеет определенную причину. Чаще всего установка ветряка производится из-за отсутствия другого источника электроэнергии. Реже ветрогенераторы применяются как дополнительные источники, используемые для снижения нагрузки на электросети, расходов на электроэнергию.
В любом случае необходимо подсчитать расходы на приобретение, доставку, обслуживание ветрогенератора и сравнить их с затратами на другие варианты получения энергии. Лишние расходы никому не нужны, поэтому вести учет и сравнивать рентабельность разных вариантов необходимо.
Окупаемость ветрогенератора
Использование ветряка начинается с определенных финансовых вложений. Неважно, приобретался он в готовом виде, или изготавливался из подручных материалов своими руками, расходы присутствуют всегда. Любые затраты вызывают вполне естественное желание знать, что именно приобретается за эти деньги и какой экономический эффект такая покупка создаст. Установка по производству электроэнергии — специфическое устройство, в корне отличающееся от других источников. Прежде чем начинать подсчет барышей, надо разобраться, где их искать.
О чем идет речь?
Говоря об окупаемости, следует правильно понимать, о чем идет речь. В обычном понимании, окупаемость — это возможность возместить затраты. Срок окупаемости — это время, которое необходимо для возмещения расходов. Это базовые понятия, но окупаемость — это просто явление, некий процесс.
Срок окупаемости — это величина, которую можно учесть в каких-либо расчетах, изменить в ту или иную сторону. При этом, если есть окупаемость, значит присутствует либо торговля, либо альтернатива. То есть, купленный ветряк производит энергию, которая продается другим потребителям. Через какое-то время доход перекроет расход, что будет означать окончание срока окупаемости.
Другой вариант — присутствие альтернативного источника энергии, расходы на который за определенный период времени сопоставляются с расходами на ветряк.
Если использование ветряка является единственным способом получения энергии, без продажи другим пользователям, то ни о какой окупаемости речи быть не может. В такой ситуации некорректно даже использование этого термина.
Специфика эксплуатации ветряка
Ветрогенератор — это установка, производящая электрический ток. Он работает на совершенно бесплатном сырье, т.е. ветер достается даром, не требует расходов на изготовление, добычу и т.п. Такие условия существенно отличают ветряки от других электростанций, использующих углеводородное топливо. При этом, ветер — неустойчивый и нестабильный источник.
Для России он является малоперспективным, так как на территории страны преобладают слабые ветра. Ветрогенератор с номинальной мощностью 1 кВт на практике развивает 10 % мощности, т.е. около 100 Вт. В таких условиях приобретение дорогостоящего оборудования при имеющейся возможности подключения к дешевой сетевой энергии исключается.
Актуальным остается лишь вариант использования самодельного устройства, либо приобретение установки при полном отсутствии сетевого подключения.
Приведенные данные показывают, что отдельный ветрогенератор, даже при относительно большой мощности, не окупится никогда. Срок службы оборудования, заявленный производителями, составляет 20 лет. Учитывая сложные климатические условия России, морозные зимы, суточные перепады температур, можно предположить сокращение срока эксплуатации.
Важно! Окупаемость отдельного ветряка, используемого для собственных нужд, нулевая.
Окупаемость ветроэлектростанций
Для ветроэлектростанций, создаваемых с целью реализации электроэнергии, т. е. как промышленное производство, вопрос окупаемости выглядит несколько более удачным. Реализация продукции — электрического тока — позволяет возмещать затраты на приобретение, эксплуатацию и ремонт ветряков. При этом, практические результаты не всегда выглядят блестяще. Так, крупнейшие ветроэлектростанции, существующие в мире, при больших объемах выработки энергии, имеют чрезвычайно низкую рентабельность, а некоторые из них признаны неокупаемыми.
Причина такого положения кроется в неудачном соотношении стоимости оборудования, срока эксплуатации и производительности комплекса. Проще говоря, за время службы турбина не успевает произвести столько энергии, чтобы оправдать расходы на свою покупку и обслуживание.
Такая ситуация характерна для большинства ветроэлектростанций. Нестабильность источника энергии, малая эффективность конструкции в сумме образуют низкорентабельное производство, если рассуждать чисто экономически. Среди возможностей увеличения рентабельности наиболее эффективными считаются:
- повышение производительности
- снижение эксплуатационных расходов
Учитывая особенности российской метеорологии, перспективным путем признается увеличение количества ветряков в составе станции, но снижение их мощности. Получается система, имеющая массу преимуществ:
- отдельные ветряки способны вырабатывать энергию на слабых ветрах, когда большие модели не смогут запуститься
- расходы на приобретение и обслуживание оборудования сокращаются
- выход из строя отдельной установки не создает серьезных проблем для станции в целом
- снижаются пусконаладочные и транспортировочные затраты
Последний пункт особенно актуален для нашей страны, где монтаж ветроэлектростанций происходит в условиях отдаленных или горных регионов, и вопросы доставки и сборки конструкции встают чрезвычайно остро.
Другой способ увеличения рентабельности — использование вертикальных конструкций. Этот вариант в мировой практике рассматривается как малопроизводительный, пригодный для обеспечения энергией отдельных потребителей — частный дом, освещение, насосы и т.д.
В условиях России, где установка больших и мощных турбин нерациональна, вертикальные конструкции становятся наиболее предпочтительными из-за своей возможности работать на слабых потоках и не нуждаться в наведении на ветер. Объединение в станцию покажет более выгодный результат, дающий основания разговаривать об окупаемости оборудования.
Ветрогенератор вертикальный
Рассмотрим вертикальный ветрогенератор внимательнее. Существует масса вариантов конструкции, из которых большинство является лишь проектом, не производится и в продаже не имеется. Недолгий поиск в сети выдает следующую картину: при наличии эффективных и производительных опытных образцов, производятся только разные варианты ортогональных роторов. Стоимость значительно различается — китайские модели заметно дешевле, хотя заявленные показатели вполне соответствуют европейским или американским установкам.
Учитывая реальную выработку 10 % от номинала, рассмотрим установки мощностью 20 кВт. Ветрогенератор Falcon Euro мощностью 20 кВт стоит 1050000 руб. В день он сможет произвести около 48 кВт. Простейший расчет показывает, что за 20 лет службы он произведет 350400 кВт энергии. Разделив цену комплекта на количество энергии получаем цену 1 кВт около 3 рублей. Эта цена расчетная, на практике затраты возрастут, а выработка снизится.
Если использовать более доступные китайские модели, то возникает вопрос о качестве. Насколько оборудование сможет выполнять свои функции в условиях сильных морозов, каков срок службы? Ответы на эти вопросы может дать только практика, поэтому использование таких устройств ограничено. Оптимальным вариантом остается самостоятельное изготовление вертикальных конструкций, позволяющее использовать наиболее производительные проекты, существенно снизить затраты на материалы и монтаж.
Источник https://altenergiya.ru/veter/vygoden-li-vetrogenerator-raschet-okupaemosti-ustrojstva-v-usloviyax-rossijskoj-dejstvitelnosti.html
Источник https://habr.com/ru/post/404847/
Источник https://energo.house/veter/okupaemost-vetrogeneratora.html
