Германия построи най-високия вятърен парк в света

Вятърни електроцентрали в Германия и тяхната популярност.

Кой знае повече за съвременните технологии от внимателните и усърдни германци? Именно в Германия се раждат най-качествените и надеждни автомобили. А правителството е сериозно загрижено за финансовите разходи на своите граждани. Например през 2018 г. Германия се нарежда на трето място (след САЩ и Китай) по производство на електроенергия с помощта на... вятър! От години германците популяризират идеята за използване на вятърни мелници за производство на електроенергия. Малки и големи, високи и ниски, те са разположени из цялата страна и позволяват на държавата да избегне изграждането на по-опасни електроцентрали.

Цифри и подробности

В Северна Германия е изградена цяла долина от вятърни мелници, която се вижда от километри. Гигантските вятърни турбини са екологично чисти и ефективни, поддържането им е евтино и с право се смятат за енергиен източник на бъдещето. Капацитетът на оборудването е пряко свързан с неговата височина! Колкото по-висока е турбината, толкова повече електроенергия произвежда тя. Ето защо строителните предприемачи не спират дотук: наскоро в малкия град Хайдорф беше инсталиран нов вятърен генератор с максимална височина 247 метра! Освен главната турбина, електроцентралата има и три допълнителни турбини, всяка от които е висока 152 метра. Заедно те осигуряват достатъчно енергия, за да захранят напълно хиляда къщи.

Новата конструкция се отличава и с иновативна технология за съхранение на електроенергия. Практичните и умни германци използват големи резервоари за съхранение на чиста вода, които предотвратяват спада в мощността, ако няма ветровито време. Технологията на бъдещето се смята за изключително перспективна, поради което много страни се опитват да последват примера на Германия. Въпреки това е малко вероятно тази страна да бъде изпреварена... Днес капацитетът на всички инсталирани вятърни турбини надхвърля 56 GW, което е повече от 15% от общия дял на вятърната енергия на планетата. В цяла Германия има над 17 000 вятърни мелници, които отдавна се произвеждат на поточна линия.

Вятърната енергия ли е бъдещето?

Германското правителство за първи път се замисля за инсталиране на вятърни електроцентрали след ужасната катастрофа в Чернобил през 1986 г. Разрушаването на гигантската атомна електроцентрала, което имаше ужасни последици, накара много от световните ръководители да се замислят за промени в електроенергийната индустрия. Днес повече от 7% от електроенергията в Германия се произвежда от електрически генератори.

Ръководителите на страната също така активно развиват производството на електроенергия в морето. Германците получиха първата си морска вятърна турбина преди 12 години. Днес в Балтийско море функционира пълноценен вятърен парк с търговска цел, а в близко бъдеще са планирани още два вятърни парка в Северно море.

Не всичко обаче е толкова просто, колкото изглежда на пръв поглед. Дори този екологичен метод за производство на електроенергия има твърдоглави противници. Сред основните им аргументи са високите разходи за подобни строежи, които оказват негативно влияние върху държавния бюджет. А също и неестетичния им външен вид. Да, чухте правилно! Някои хора смятат, че инсталираните вятърни турбини им пречат да се наслаждават на живописната красота на природата, което според тях е много по-лошо от отравянето на същата тази среда от конвенционалните източници на енергия. Това е още един аргумент на "противниците" на вятърните паркове! Тяхното шумно бръмчене нарушава спокойния живот на хората, чиито домове се намират в непосредствена близост до сметищата.

Както и да е, не може да се оспори популярността на вятърните електроцентрали в Германия и тенденцията за увеличаване на техния брой. Правителството се движи стабилно в зададената посока с планове за развитие на конвенционална и офшорна вятърна енергия.

Също така е интересно:

Най-мощната вятърна електроцентрала

Изграждането на малка електроцентрала не е рентабилно. В този отрасъл има ясно правило - изгодно е или да имаш частна вятърна турбина, която да обслужва къща, ферма, малко село, или да построиш голяма електроцентрала от регионално значение, която да работи на нивото на енергийната система на страната. Ето защо по света непрекъснато се строят все по-мощни електроцентрали, които произвеждат големи количества електроенергия.

Най-голямата ВЕЦ в света, произвеждаща почти 7,9 GW енергия годишно, е в Гансу в Китай. Енергийните нужди на почти двумилиардното население на Китай са огромни, което налага изграждането на големи електроцентрали. До 2020 г. се планира капацитетът му да достигне 20 GW.

През 2011 г. беше пусната в експлоатация индийската централа Muppandal с инсталирана мощност от 1,5 GW.

Третата по големина централа с инсталирана мощност от 1,064 GW годишно е индийският вятърен парк "Джайсалмер", който работи от 2001 г. насам. Първоначално капацитетът на централата е бил по-малък, но след поредица от подобрения е достигнал сегашното си ниво. Тези параметри вече са близки до параметрите на средна водноелектрическа централа. Постигнатите обеми на производство на електроенергия започват да превръщат вятърната енергия от маргинална област в основна част от енергийната индустрия, което създава големи перспективи и възможности.

Борба с вятърни мелници

Съществува и друг проблем - съпротивата на природозащитниците. Въпреки че повечето екологични организации подкрепят вятърната енергия, има и такива, които са против нея. Те не искат вятърни паркове да се строят на федерална земя и в райони с девствена природа. Вятърните електроцентрали често се противопоставят и на местните жители, на които не им харесва, че вятърните турбини развалят гледката и че перките им издават неприятен звук.

Митинги срещу вятърните паркове

Днес в Германия има повече от 200 граждански инициативи, които протестират срещу изграждането на вятърни паркове. Те твърдят, че правителството и енергийните концерни се опитват да превърнат традиционната достъпна енергия в скъпа "чиста енергия".

"Това е обичайната работа. За изграждането на вятърни паркове и производството на вятърни турбини се изразходва много енергия. Подмяната на старите вятърни турбини с нови, тяхната поддръжка и изхвърляне, както и държавните субсидии са скъпи за данъкоплатците. Посланието за намаляване на емисиите на CO2 не е убедително", казват активисти, които са против вятърните паркове.

План за увеличаване на капацитета на вятърните паркове

Въпреки напредъка и знанията, натрупани в продължение на три десетилетия, вятърната енергия като индустрия все още прави първите си стъпки. Понастоящем тя представлява около 16% от общото производство на енергия в Германия. Но делът на вятърната енергия определено ще се увеличава, тъй като правителствата и обществеността се стремят към неутрална по отношение на въглеродните емисии електроенергия. Новите научноизследователски програми имат за цел разработване на технологии, оптимизиране на експлоатацията и производството, повишаване на гъвкавостта на енергийната система и намаляване на разходите.

Това е интересно: Физици от Русия са подобрили ефективността на слънчевите клетки с 20 %.

Обществено мнение

Информация за вятърната енергия в Германия през 2016 г.: производство на електроенергия, развитие, инвестиции, капацитет, заетост и обществено мнение.

От 2008 г. насам вятърната енергия се радва на много високо обществено одобрение.

В Германия стотици хиляди хора са инвестирали в граждански вятърни паркове в цялата страна, а хиляди малки и средни предприятия развиват успешен бизнес в новия сектор, в който през 2015 г. са работили 142 900 души, а през 2016 г. са произвеждали 12,3 % от електроенергията в Германия.

Напоследък обаче се наблюдава нарастваща местна съпротива срещу разширяването на вятърната енергетика в Германия поради нейното въздействие върху ландшафта, случаите на изсичане на гори за изграждане на вятърни турбини, нискочестотните шумови емисии и отрицателното въздействие върху дивата природа, като хищни птици и прилепи.

Правителствена подкрепа

От 2011 г. насам федералното правителство на Германия работи по нов план за увеличаване на търговската реализация на възобновяемите енергийни източници, с особен акцент върху офшорните вятърни паркове.

През 2016 г. Германия реши да замени преференциалните тарифи с търгове от 2017 г., позовавайки се на зрелия характер на пазара на вятърна енергия, който се обслужва най-добре по този начин.

Енергиен преход

През 2010 г. германското федерално правителство прие политиката "Energiewende", която доведе до огромно увеличение на възобновяемата енергия, особено на вятърната. Делът на енергията от възобновяеми източници в Германия се е увеличил от около 5 % през 1999 г. до 17 % през 2010 г., като се доближава до средната стойност за ОИСР от 18 %. На производителите се гарантира фиксирана зелена тарифа за 20 години, което гарантира фиксиран доход. Бяха създадени енергийни кооперативи и бяха положени усилия за децентрализиране на контрола и печалбите. Големите енергийни компании имат непропорционално малък дял от пазара на енергия от възобновяеми източници. Атомните електроцентрали бяха затворени, а съществуващите 9 ще бъдат затворени по-рано от необходимото през 2022 г.

Намалената зависимост от атомните електроцентрали досега е довела до увеличаване на зависимостта от изкопаеми горива и внос на електроенергия от Франция. Въпреки това Германия изнася за Франция на добра цена; през януари 2015 г. средната цена е била 29 EUR/MWh в Германия и 39 EUR/MWh във Франция. Един от факторите, възпрепятстващи ефективното използване на новите възобновяеми енергийни източници, е липсата на съпътстващи инвестиции в енергийна инфраструктура (SüdLink) за доставка на електроенергия до пазара. Ограниченията в преноса понякога принуждават Германия да плаща на датската вятърна енергетика за спиране на производството; през октомври/ноември 2015 г. това е възлизало на 96 GWh на стойност 1,8 млн. евро.

В Германия изграждането на нови преносни линии се третира по различен начин. Тарифите за промишлеността бяха замразени, поради което повишените разходи за Energiewende се прехвърлиха върху потребителите, които плащат по-високи сметки за електроенергия. През 2013 г. германците са имали едни от най-високите разходи за електроенергия в Европа.

Офшорна вятърна енергия

Офшорни вятърни паркове в Германия

Офшорната вятърна енергия също има голям потенциал в Германия. Скоростта на вятъра в морето е 70-100% по-висока от тази на сушата и е много по-постоянна. Вече е разработено ново поколение вятърни турбини с капацитет от 5 MW или повече, които могат да използват целия потенциал на вятърната енергия в морето, и са налични прототипи. Това дава възможност за рентабилна експлоатация на офшорни вятърни паркове, след като бъдат преодолени обичайните първоначални трудности, свързани с новите технологии.

Първата германска офшорна вятърна турбина е завършена на 15 юли 2009 г. Тази турбина е първата от 12-те вятърни турбини за офшорния вятърен парк alpha ventus в Северно море.

След авария в ядрена електроцентрала електроцентрала в Япония в през 2011 г. Федералното правителство на Германия работи по нов план за увеличаване на търговската реализация на възобновяемата енергия, като се обръща специално внимание на офшорните вятърни паркове. Според плана големите вятърни турбини ще бъдат инсталирани далеч от бреговата линия, където вятърът духа по-стабилно, отколкото на сушата, и където огромните турбини няма да пречат на жителите. Планът има за цел да намали зависимостта на Германия от енергията от въглища и атомни електроцентрали. Германското правителство иска до 2020 г. да бъдат инсталирани 7,6 GW, а до 2030 г. - 26 GW.

Основното предизвикателство ще бъде липсата на достатъчен капацитет на мрежата за пренос на електроенергия, произведена в Северно море, до големите промишлени потребители в южната част на Германия.

През 2014 г. в офшорните вятърни паркове на Германия бяха добавени 410 турбини с капацитет от 1747 мегавата. Поради факта, че свързването към мрежата все още не е завършено, в края на 2014 г. към мрежата бяха добавени само турбини с обща мощност 528,9 мегавата. Въпреки това, според съобщенията, Германия е счупила бариерата за офшорна вятърна енергия в края на 2014 г. Утроила е капацитета си до повече от 3 гигавата, което показва нарастващото значение на сектора.

Икономически аргументи за изграждането на вятърни паркове

Преди да се вземе решение за изграждане на вятърна електроцентрала в даден район, се извършват задълбочени и обширни проучвания. Специалистите установяват параметрите на местния вятър, посоката, скоростта и други данни. Трябва да се отбележи, че метеорологичната информация е малко полезна в този случай, тъй като тя се събира на различни нива на атмосферата и за различни цели.

Получената информация е основа за изчисляване на ефективността, очакваната производителност и капацитета на инсталацията. От една страна, се вземат предвид всички разходи за създаване на завода, включително закупуване на оборудване, доставка, монтаж и пускане в експлоатация, оперативни разходи и др. От друга страна, се изчислява печалбата, която заводът може да генерира. Получените стойности се сравняват помежду си, сравняват се с параметрите на други станции и след това се прави преценка за възможността за изграждане на станция в региона.

Офшорна вятърна енергия

Местоположение на германските вятърни паркове в Северно море

Първата офшорна вятърна турбина в Германия беше инсталирана през март 2006 г. (в морето, но близо до брега). Турбината е инсталирана от Nordex AG на 500 метра от брега на Рощок.

Турбината с мощност 2,5 MW и диаметър на лопатките 90 метра е монтирана на дълбочина 2 метра. Диаметърът на основата е 18 метра. В основата са вложени 550 тона пясък, 500 тона бетон и 100 тона стомана. Конструкцията с обща височина 125 метра е монтирана на два понтона с площ 1750 и 900 m².

Германия разполага с 1 вятърен парк с търговска цел в Балтийско море - Балтийско море 1 (en:Baltic 1 Offshore Wind Farm), а два вятърни парка в Северно море са в процес на изграждане - BARD 1 (en:BARD Offshore 1) и Borkum West 2 (en:Trianel Windpark Borkum) край остров Боркум (Фризийски острови). В Северно море, на 45 км северно от остров Боркум, се намира и тестовият вятърен парк Alpha Ventus (en:Alpha Ventus Offshore Wind Farm).

До 2030 г. Германия планира да изгради 25 000 MW офшорни електроцентрали в Балтийско и Северно море.

Плюсове и минуси на вятърните паркове

Днес в света има над 20 000 вятърни парка с различен капацитет. Повечето от тях са разположени по морските брегове, както и в степни или пустинни райони. Вятърните електроцентрали имат много предимства:

• не е необходимо да се подготвят площи за инсталиране на инсталации
• Ремонтът и поддръжката на вятърните електроцентрали са много по-евтини от тези на други електроцентрали.
• Загубите при пренос са значително по-ниски поради близостта до потребителя
• не уврежда околната среда
• източникът на енергия е безплатен.
• земята между инсталациите може да се използва за селскостопански цели.

Съществуват обаче и недостатъци:

• нестабилността на източника налага използването на голям брой батерии
• Шум при работа
• Трептенето на перките на вятърните турбини оказва силно отрицателно въздействие върху психиката на хората.
• разходите за енергия са много по-високи, отколкото при други методи на производство.

Допълнителен недостатък са високите инвестиционни разходи за такива проекти, които се състоят от цената на технологията, транспортните разходи, разходите за монтаж и експлоатация. Като се има предвид животът на една централа - 20-25 години, много централи не са рентабилни.

Недостатъците са доста съществени, но липсата на други възможности намалява тяхното влияние върху решенията. За много региони или държави вятърната енергия е основният начин за получаване на собствена енергия, без да се налага да зависят от доставчици от други държави.

Ноу-хау в Гайлдорф

През декември 2017 г. Германската компания Max Bögl Wind AG е пуснала в експлоатация най-високата вятърна турбина в света. Височината на опората е 178 м, а общата височина на кулата, включително лопатките, е 246,5 м.

Открито е строителството на вятърен турбинен генератор в Гайлдорф

Нов генератор на вятърни турбини е разположен в германския град Хайлдорф в провинция Баден-Вюртемберг. Тя е част от група от четири други кули с височина от 155 до 178 метра, всяка от които има генератор с мощност 3,4 мегавата.

Компанията изчислява, че количеството произведена енергия ще бъде 10 500 MWh годишно. Проектът струва 75 млн. евро и се очаква да генерира 6,5 млн. евро всяка година. Проектът получи субсидии в размер на 7,15 милиона евро от Федералното министерство на околната среда, опазването на природата, строителството и ядрената безопасност (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit, BMUB).

Вятърен парк в Гайлдорф

Свръхвисоките вятърни турбини използват експериментална технология за хидравлично съхранение на енергия. Резервоарът представлява водна кула с височина 40 м, която е свързана с водноелектрическа централа, разположена на 200 м под вятърните турбини. Излишъкът от енергия на вятъра се използва за изпомпване на вода срещу гравитацията и съхраняването ѝ в кулата. Ако е необходимо водата се освобождава, за да се произвежда електроенергия. ток. Превключването между съхранението на енергия и подаването ѝ към мрежата отнема само 30 секунди. Щом мощността спадне, водата се връща обратно и задвижва допълнителни турбини, като по този начин увеличава производството на електроенергия.

"По този начин инженерите решават един от най-големите проблеми, свързани с възобновяемите енергийни източници - тяхната неравномерност и зависимостта на капацитета им от климатичните условия. Четирите вятърни турбини и помпено-акумулиращата електроцентрала са с капацитет, достатъчен за захранването на 12 000 домакинства. Проектът е разработен за жителите на Гейлдорф", казва Александър Шехнер, инженер на проекта в Гейлдорф.

Видове вятърни електроцентрали

Основният и единствен вид вятърна електроцентрала представлява свързване на няколко десетки (или стотици) вятърни турбини, които произвеждат енергия и я подават към мрежата. На практика всички тези централи са с една и съща конструкция, с някои модификации на отделните турбини. Както съставът, така и всички останали показатели за централите са доста сходни и зависят от общия капацитет на отделните единици. Единствената разлика между тях е в начина на подреждане. Следователно има:

• на сушата
• офшорна зона
• офшорна зона
• плаващ
• висящ
• планински

Това изобилие от възможности се дължи на условията, нуждите и възможностите на компаниите, които управляват различните станции в различните региони на света. Повечето точки на разгръщане са свързани с нуждите. Например Дания, която е лидер в областта на вятърната енергия в световен мащаб, просто няма други възможности. С развитието на отрасъла неминуемо ще се появят и други възможности за разполагане на инсталациите, които да се възползват максимално от местните ветрови условия.

Технически характеристики

Размерите на тези турбини са впечатляващи:

• размах на лопатките - 154 м (дължината на една лопатка в турбината Vestas V-164 е 80 м).
• Конструктивната височина е 220 м (при вертикално повдигнати лопатки), височината от земята до оста на въртене на Enerkon E-126 е 135 м.
• Брой на оборотите на ротора в минута - от 5 до 11,7 в номинален режим
• Общото тегло на турбината е около 6000 т, включително фундамент - 2500 т, носеща кула - 2800 т, а останалото е теглото на гондолата на генератора и ротора с лопатките.
• скорост на вятъра, при която лопатките започват да се въртят - 3-4 m/s
• критична скорост на вятъра за спиране на ротора при 25 m/s
• Годишно количество произведена енергия (планирано) - 18 млн. kW

Трябва да се има предвид, че капацитетът на тези структури не може да се разглежда като нещо постоянно и неизменно. Това зависи изцяло от скоростта и посоката на вятъра, който има свои собствени закони. Поради това общата произведена енергия е много по-ниска от максималните стойности, получени за определяне на капацитета на турбините. Въпреки това големите инсталации (вятърни паркове), състоящи се от десетки турбини, свързани в една система, са в състояние да доставят електроенергия на потребители с мащабите на достатъчно голяма държава.

Статистика

Годишно производство на вятърна електроенергия в Германия за периода 1990-2015 г., представено в полулогаритмична графика с инсталирана мощност (MW) в червено и произведена мощност (GWh) в синьо

Инсталираната мощност и производството на вятърна енергия през последните години са показани в таблицата по-долу:

Състояние

Географско разпределение на вятърните електроцентрали в Германия

Коя вятърна турбина е най-голямата

Смята се, че Enerkon E-126, дело на германски инженери от Хамбург, е най-големият ветрогенератор в света до момента. Първата турбина е пусната в експлоатация в Германия през 2007 г., близо до Емден. Капацитетът на вятърната турбина е бил 6 MW, което е било максимумът по онова време, но още през 2009 г. е извършена частична реконструкция, която увеличава капацитета до 7,58 MW, което поставя турбината на едно от първите места в света.

Това постижение е много важно и поставя вятърната енергия сред пълноправните лидери в света. Отношението към нея се промени, индустрията се превърна от по-скоро плах опит за постигане на сериозни резултати в основен производител на енергия, който прави изчисления за икономическото въздействие и перспективите на вятърната енергия в близко бъдеще.

MHI Vestas Offshore Wind, чиито турбини имат заявен капацитет от 9 MW, пое лидерството. Инсталирането на първата такава турбина е завършено в края на 2016 г. с работен капацитет от 8 MW, но още през 2017 г. е регистрирана 24-часова работа с 9 MW от турбината Vestas V-164.

Тези вятърни турбини са наистина колосални по размер и са инсталирани предимно край западния бряг на Европа и в Обединеното кралство, въпреки че има и такива в Балтийско море. Тези вятърни турбини генерират комбинирана мощност от 400-500 MW, като значително конкурират водноелектрическите централи.

Турбините се монтират на места с достатъчно силни и спокойни ветрове, а морският бряг е особено подходящ за такива условия. Липсата на естествени препятствия пред вятъра и постоянният и устойчив поток позволяват да се организират най-благоприятните условия за работа на генераторите, като се повишава ефективността им до най-високи стойности.

Какви са еквивалентите и техните параметри на работа?

Производителите на вятърни генератори в света са многобройни и всички те се стремят да увеличат размера на своите турбини. Тя е печеливша, позволява им да увеличат капацитета на своите продукти, да увеличат количеството произведена енергия и да заинтересуват големи компании и правителства да насърчават програмата за вятърна енергия. Поради тази причина почти всички големи производители активно произвеждат конструкции с максимален капацитет и размер.

Сред най-забележителните производители на големи вятърни турбини са вече споменатите MHI Vestas Offshore Wind, Erkon. Известни са и турбините Haliade150 или SWT-7.0-154 на известната компания Siemens. Да се изброят производители и техните продукти може да бъде достатъчно дълъг, но тази информация не е от голяма полза. Основното е развитието и насърчаването на вятърната енергия в промишлен мащаб, използването на вятърна енергия в полза на човечеството.

Техническите характеристики на вятърните турбини от различни производители са приблизително еднакви. Тази равнопоставеност се дължи на използването на практически една и съща технология, като се наблюдават характеристиките и параметрите на структурите в едно и също измерение. Понастоящем не се планира изграждането на по-големи вятърни турбини, тъй като всеки подобен гигант струва огромна сума пари и изисква значителни разходи за поддръжка.

Ремонтните дейности по такава структура струват значителна сума пари, а ако размерът се увеличи, разходите ще нараснат експоненциално, което автоматично ще доведе до повишаване на цените на електроенергията. Подобни промени са изключително вредни за икономиката и са силно неприемливи за всички.