U nekim su zemljama vjetroagregati već zamijenili tradicionalnije izvore energije. Što čekamo?
Vjetroagregati u Rusiji
Vjetrenjače po cijelom svijetu sada proizvode više električne energije od cijele elektroenergetske industrije u Rusiji - i po cijeni je njihova proizvodnja već dostigla razinu termoelektrana. I to unatoč činjenici da su prije deset godina ruski energetski inženjeri i službenici smatrali da su mogućnosti za njihov razvoj iscrpljene, a same vjetroelektrane bile su preskupe. Sad se sve preokrenulo: ruska državna korporacija ulaže desetke milijardi kako bi sustigla Zapad u polju vjetroagregata. Zašto se dosadašnje prognoze ruskih stručnjaka nisu ostvarile, a koje nismo uzeli u obzir? I postoje li izgledi za pokušaje Rosatoma da rasipa novac?
Vjetar povijesti
Kad su ljudi prvi put razmišljali o korištenju vjetra, pitanje je teško. Postoje neizravni dokazi da su Homo erectus ili neandertalci mogli ploviti. Suvremeni pokušaji prevladavanja tjesnaca između Krete i kopna - a prije 130 tisuća godina kameni alati iznenada su se pojavili na ovom otoku - pokazali su da je nerealno to raditi na veslima - struja u ovom tjesnacu je prejaka. Stenske rezbarije, koje točno potvrđuju upotrebu jedra, stare su nekoliko tisuća godina.
Promotivni video:
Prve mehaničke strojeve, pogonjene silom vjetra, izumio je Heron Aleksandrijski, u 1. stoljeću prije Krista (stvorio je i prvi uzorak turbine koja se okreće tijekom izgaranja goriva). Istina, njegova vjetrenjača nije riješila praktični, već zabavni problem. Bio je to svojevrsni glazbeni instrument, koji je djelovao okretanjem kotača nadolazećim vjetrom.
Otprilike 400. godine nove ere, u budističkim hramovima u Indiji pojavljuju se vjetrenjače s vertikalnom osi rotacije - molitveni strojevi. Lako je primijetiti njihovu kardinalnu razliku od Heronove sheme - budistička verzija vjetrenjače "položena je na bok".
Praktična primjena strojeva za vjetar pronađena je u 9. stoljeću u Iranu (opisi Abu Ishaq al-Istakhrija). Međutim, oni nisu imali nikakve veze s onima na koje smo navikli. To su bile kule, oko kojih su se na obodu nalazile mrežaste strukture prekrivene tkaninom. Vjetar ih je okretao, a poseban mehanizam okretao je vertikalnu os u kretanje mlinskih kamena ili rad uređaja za dizanje vode.
Iz Irana je novost stigla do Indije i Kine, ali ne i do Europe koja je tada posudila vrlo malo tehničkih inovacija.
1185. godine spomenuta je prva vjetrenjača u Yorkshireu (Engleska), a ta prva zapadna vjetrenjača već je bila poznatog tipa - s vodoravnom osi rotacije, na kojoj su postavljene okomito rotirajuće lopatice. Kao što vidimo, od 12. stoljeća zapadni i istočni prilaz vjetroturbinama bili su suprotni.
Očiti su prednosti istočne sheme u odnosu na zapadnu. Vjetrenjača s vertikalnom osi radi bez obzira na smjer vjetra, pa bi je Kinezi i Iranci mogli ostaviti bez nadzora i krenuti raditi važnije stvari. Osim toga, u istočnoj inačici, s jednakom snagom, vjetrovitost konstrukcije je mnogo veća, zbog čega počinje raditi čak i uz slab vjetar.
S druge strane, zapadna vjetroturbina s vodoravnom osi ima svoje snage. Da, mora se "držati niz vjetar", ali na njegove lopatice vjetar utječe samo s jedne strane, što povećava njihovu izlaznu energiju. Istočni sa svakom revolucijom doživljava trenutak kada se oštrice okrenu, a vjetar ih "udari" s druge strane. Ima dovoljno tromosti da se konstrukcija može rotirati dalje, ali jarbol se snažno trese, a dio energije rotacije odlazi u kompenzaciju "udara". Zbog ovih promjenjivih opterećenja jarbol ili toranj moraju biti ojačani i masivniji. Rezultati su očiti: zapadnom vjetroagregatom teže je upravljati, ali je učinkovitiji i jeftiniji.
Vjetrenjače su bile izuzetno raširene u Europi, sve do parnih strojeva i električne energije. Gotovo da im nije bilo potrebno osoblje, dalekovodi (što je važno u ruralnim područjima) i bili su manje bučni. Pa, verzija vjetrenjače koja podiže vodu iz bunara i dalje je izuzetno popularna u trećem svijetu, gdje elektrifikacija još uvijek nije pogodila više od milijardu ljudi.
Pokušaji sprijateljjenja s vjetrom i strujom poduzeti su vrlo rano. Prva vjetroagregat za proizvodnju električne energije izgrađena je u Danskoj 1890. godine. Na zapadu su njihove dimenzije početkom 20. stoljeća dosezale 25 metara visine, a raspon oštrice 23 metra. Jao, sve je pokvario problem promjenjivog vjetra. Struja je bila potrebna i kad nije puhalo, a dizel generatori i dalekovodi bili su prilično jeftini. Tako su vjetrenjače gurnute u daleka polja, gdje su radili za navodnjavanje. Ali samo neko vrijeme!
Vjetar promjena u SSSR-u
Kad se zapadni svijet zbog elektrifikacije počeo rješavati vjetroagregata, naša je zemlja krenula sasvim drugim putem - "niz vjetar". Nadoknađujući nedostatak termoelektrana, Središnji aerohidrodinamički institut je 1920-ih stvorio niz malih vjetroagregata snage do 30 kilovata, opskrbljujući ih hidrauličkim akumulatorom. S viškom generacije, vjetroagregat je podigao vodu do visine jarbola, a kad nije bilo vjetra, odvodio je vodu natrag, okretao je vodenu turbinu koja je davala struju. Koristili su se u Burjatiji i drugim mjestima bez dalekovoda. Shema je, inače, izuzetno razumna - ove je godine u Njemačkoj izgrađena cijela elektrana prema istom konceptu, samo puno snažnija.
U SSSR-u su se prije otkrića sibirskih naftnih i plinskih polja iz strateških razloga aktivno razvijali alternativni izvori energije. 90 posto sovjetske nafte proizvodilo se na Kavkazu i bilo je očito da će u bilo kojem ratu neprijatelj tamo pokušati udariti. To je francuska avijacija planirala učiniti 1940. Samo se Hitlerovim uništenjem Treće Republike spriječilo da se to dogodi. Hitler je sam to želio učiniti, ali također nije uspio. Da bi se zaštitila, sovjetska vlada potaknula je razne alternative - od jedne i pol na plinske generatore na drva do … vjetroagregata s akumulatorom zamašnjaka.
Da, upravo je takvo čudo pokrenuto u Kursku 1931. godine. S kapacitetom od samo 35 kilovata, bio je opremljen "diskom za pohranu" (trećinu tone) koji se okretao u spremniku iz kojeg se vakumirao zrak kako bi se smanjilo trenje. Vjetroelektrana izumitelja Ufimtseva osvjetljavala je njegovu kuću i napajala radionicu čak i kad nije bilo vjetra. Međutim, umro je 1936. i od tada stanica (još uvijek stoji) nikada nije puštena u rad.
Međutim, čak i bez uređaja za pohranu, sovjetske vjetroturbine bile su među vodećima. 1931. godine u blizini Balaklave izgrađen je najmoćniji svjetski generator vjetra snage 100 kilovata (raspon oštrice - 30 metara). Zanimljivo je da su se Nijemci, koji su sada predvodnici razvoja energije vjetra, tada prilično grubo odnosili prema vjetroelektranama. 1941. godine njihovo granatiranje izbacilo je najveću vjetrenjaču na planetu. Možda se radilo o zavisti - njihove vlastite vjetroturbine tada nisu davale više od 70 kilovata, a bile su puno manje. U 1950-1955. SSSR je proizvodio 9 000 vjetroagregata godišnje - snage do stotine kilovata. Pa, kako bi se djevičanski krajevi i sjever mogli opskrbiti energijom prije dizelskih generatora?
Vjetar neovisnosti
Sovjetsku energiju vjetra ubio je poslijeratni procvat jeftinih tekućih goriva, dok je zapadnu oživjela naftna kriza sedamdesetih. Tada je tu sazrela ideja energetske neovisnosti od nervoznih i sklonih monopolskom dogovaranju istočnih opskrbljivača na račun energije vjetra.
Na prvi pogled suočeni smo s jasnom regresijom. Zašto se prebaciti sa stabilnih izvora energije na one koji doslovno ovise o vjetru? Štoviše, prije nekoliko godina ruski su nam dužnosnici rekli da vjetroturbine u Europi proizvode skupu energiju. Pokušajmo to shvatiti.
Današnja vjetrenjača s vodoravnom osi zapravo i nije toliko ovisna o najmanjim oscilacijama brzine vjetra. Vestas V164 visok je 220 metara (jedna i pol Keopsove piramide) i oštrice s zamahom od 164 metra (zgrada s više od 50 katova). Ukupna težina noževa od stakloplastike je 100 tona. Zapravo, takav dizajn ima vlastiti disk za pohranu, samo je njegova masa 300 puta veća od Ufimtseva.
Istodobno se očekuje daljnje povećanje visine vjetroagregata i raspona njihovih lopatica, što znači da im još manje prijete mala zaustavljanja. Smatra se da ima smisla povećati dimenzije barem na visine od 300-400 metara i raspon oštrice do 300 metara.
Počevši od Siemens-ovog Enercon E-126, već postoji metoda za stvaranje takvih kolosalnih oštrica - sastoje se od dva dijela koji su umetnuti jedan u drugi. Brojni proizvođači planiraju povećati svoj broj čak na tri.
Snaga istog Vestasa V164 već je premašila 9 megavata, a udvostručenje raspona lopatica donijet će povećanje snage vjetroagregata na 40 megavata. Što je još važnije, sa svakih stotinjak metara nadmorske visine, prosječna godišnja brzina vjetra se znatno povećava. S doista velikim konstrukcijama ima smisla graditi vjetroelektrane čak i u šumovitim područjima gdje je brzina vjetra obično prilično niska u blizini tla.
Zbog kontinuiranog rasta veličine vjetroagregata, cijena njihove energije cijelo vrijeme pada. Prosudite sami: ljudi znaju jeftino graditi čak i 828-metarske zgrade, a s rastom njihove visine troškovi linearno rastu. Ali izlaz vjetrenjače sa svakim udvostručavanjem visine raste već na kvadrat. Ekonomije razmjera vrlo su primjetne u vjetroelektranama.
Doista, čak i prije pet godina, 2012. godine, vjetroturbine na Zapadu proizvodile su električnu energiju više od 10 centi po kilovat-satu. Međutim, danas je ta brojka, kako je primijetilo američko Ministarstvo energetike, pala na 4-5 centi po kilovat-satu. Čak i nove offshore vjetroturbine, koje su obično skuplje od kopnenih, daju energiju za 6-7 centi po kilovat-satu, a ta cijena pada čak i brže nego na kopnu. Razlog je taj što na moru možete nositi oštrice duljine najmanje 200 metara, budući da je na morskim "cestama" puno mjesta i nema gužve.
Dobro, kažeš. Ali što je s razdobljima smirenosti, kada tjednima nema jakog vjetra? Pa, zato u Europi grade offshore vjetroturbine. Postoje "prolazi" preko mora, gdje praktički nema smirenja. Srećom za Europljane, oni su im blizu i često su u plitkoj vodi. Primjerice, cijelo je Sjeverno more prilično plitko, kao što je, inače, i većina voda s istočne obale Sjedinjenih Država. Uz to, ove je godine puštena u pogon prva plutajuća vjetroelektrana na svijetu s desecima megavata. Njegove su vjetrenjače usidrene, a radne dubine za njih su do 800 metara. Ukupna površina mora takve dubine je takva da je iz njih moguće višestruko opskrbiti čitav svijet energijom. Gubici u visokonaponskim istosmjernim dalekovodima sada su pali ispod 3 posto na tisuću kilometara - to jest, "morska" energija vjetra doseći će čak i u unutrašnjosti.
Istodobno, održivost vjetroelektrana ne treba idealizirati. Da, oni mogu osigurati energiju tijekom cijele godine, a zimi će iste obalne vjetrenjače dati više energije nego ljeti - zimske oluje će pomoći. Međutim, ne mogu se nositi s jutarnjim i večernjim vrhuncima potrošnje - vjetar puše približno isti u 19:00 i u 03:00. Stoga se na Zapadu vjeruje da će nekoliko postotaka ukupne godišnje proizvodnje i dalje pružati "vršne" plinske termoelektrane. Istodobno će potrošiti puno manje goriva nego danas, kada nizovi pušničkih vjetroagregata još nisu izgrađeni. Ali vrijedi podsjetiti da će ovo teško morati dugo čekati.
Danas energija vjetra proizvodi više od bilijuna kilovat-sati godišnje - više od cijelog energetskog sektora u Rusiji. A ako proizvodnja električne energije u našoj zemlji nije porasla od 1990. godine (zbog približno istog obujma industrijske proizvodnje), onda se to ne može reći o vjetroagregatima. Prije samo 10 godina nisu dali ni desetinu trenutne proizvodnje. S pouzdanjem možemo reći da će za deset godina WEC-ovi planeta dati puno više nego što to čine sada. Štoviše, većinu svih vjetroagregata trenutno gradi Kina, a tamo znaju kako razmjestiti stvarno masovnu proizvodnju.
nestao s vjetrom
Rusija se može pohvaliti najneočekivanijom piruetom na putu čovječanstva do energije vjetra. Kada su vjetroelektrane bile nepopularne na zapadu, u našoj su zemlji rasle. Kad su se počeli aktivno razvijati u svijetu, u zemlji su se pojavile gomile stručnjaka iz energetske industrije koji su istaknuli: "Mjesto za vjetroagregate u Europi je gotovo." Istina, otkako smo to počeli govoriti, kapacitet vjetroelektrana među Europljanima narastao je deset puta i nastavlja rasti. Očito im mišljenje naših stručnjaka nije preneseno.
Pa, 2016. godine iznenada smo se opet predomislili, da se tako izrazimo, vratili smo se u Dorežnjev SSSR. Rosatom je prvi rekao svoju važnu riječ na državnoj razini. Njegov zamjenik generalnog direktora Vjačeslav Peršukov iskreno je primijetio: nakon ispunjavanja postojećih narudžbi za izgradnju novih nuklearnih elektrana u inozemstvu, Rosatom bi mogao ostati bez stranih građevinskih projekata, jer se ovo tržište brzo smanjuje. Nuklearna generacija izvan Rusije doista je u padu i ne naziru se izgledi za njezin izlazak.
Glavni je razlog jednostavan: nuklearna energija izgrađena na zapadu skupa je. Energija ruskih nuklearnih elektrana je jeftinija, ali još uvijek ne toliko kao nova zapadna vjetroturbina. Da, da biste nadoknadili njihovu nedosljednost, trebate nekoliko termoelektrana na plin, ali nuklearne elektrane također ih trebaju. Napokon, reaktor daje uvijek istu snagu, a ljudi danju troše puno više nego noću. Uz jednaku cijenu i jednake probleme, zapadni kupac, koji je uvijek pod pritiskom "zelenih", nikada neće odabrati nuklearnu proizvodnju.
Tu Peršukov također navodi: mogućnosti izgradnje novih velikih nuklearnih elektrana u inozemstvu su praktički iscrpljene. “Ne bismo trebali zarađivati novac na tržištu nuklearne tehnologije. Svi. Inače ne ide”, ispravno napominje.
Naravno, ako prvo napustite neki posao na desetljeće, a zatim se prihvatite kad konkurenti već imaju tehnologije razrađene godinama, tada ne biste smjeli računati na vodeće pozicije. Stoga je Rosatom slijedio put koji je već pregazio Petar I i počeo učiti novi (ili bolje rečeno, stari, kod nas dobro zaboravljen) od Nizozemaca. Preko podružnice osnovao je partnerstvo s Lagerweyem. Do 2020. državna korporacija planira izgraditi 26 malih vjetroelektrana sa 610 megavata - počevši od regije Uljanovsk 2018. godine. Da, to je manje od stotine godišnjeg globalnog unosa, ali Rosatom uči iz tih mrvica. Uz to, 2020. godine planira se lokalizacija proizvodnje vjetroagregata u Rusiji za 65 posto.
Kasnije će biti teže, kad budete morali ići u velikim razmjerima. Nemoguće je proizvoditi vjetroturbine ukupnog kapaciteta samo stotine megavata godišnje s dobiti. Ovo je velik posao, neće biti niske cijene bez masovne proizvodnje. Stoga je potrebno proširiti i izgradnju vjetroagregata u našoj zemlji i ući na svjetsko tržište. Međutim, ovdje će biti vrlo teško natjecati se.
Divovi poput Vestasa desetljećima su usavršavali svoje tehnologije i izgradili potpuno jedinstvene objekte. Primjerice, pogon za proizvodnju titanskih oštrica od desetaka tona, smješten na otoku posebno kako bi se olakšao izvoz tako teškog tereta za kopnene ceste. Gdje će Rosatom to graditi i hoće li uspjeti pratiti tržište vjetroagregata koje se neprestano poboljšava, pitanje je, a ne lako.
U komentaru za KP, predstavnik Rosatoma, Andrej Ivanov, napomenuo je da je NovaWind, divizija Rosatoma odgovorna za projekte u "novoj energiji", dogovorila osnivanje zajedničkog ulaganja s tvrtkom Lagerwey - Red Wind BV, koja će se baviti lokalizacijom proizvodnje vjetroagregata u Rusiji., i preciznije - u Volgodonsku, u blizini postojećih objekata Rosatoma. Kod nas će se graditi vjetroturbine snage 2,5 i 4,5 megavata. Ukupno će Red Wind do 2022. isporučiti 388 takvih vjetroagregata, od kojih će se prvih 60 sastaviti samo u Rusiji - od komponenata Lagerwey - i tek tada će biti „lokalnih“vjetroturbina tako impresivnih dimenzija.
Bilo mu je puno lakše s nuklearkom. Napokon, oni nisu stvoreni samo u SSSR-u, već nisu prestali graditi i usavršavati se u našoj zemlji. Biti prvi u onome u čemu ste pionir puno je lakše nego tamo gdje morate učiti od drugih. Nadajmo se da će državni div uspjeti, pogotovo jer ima dobro inženjersko osoblje.
Vjetar budućnosti
Priznajmo: vjetroturbine vjerojatno neće postati glavni izvor energije za čovječanstvo u narednim desetljećima. Da, u Danskoj već isporučuju glavninu električne energije, a u SAD-u nude više od hidroelektrana. No, u zemljama u kojima još ima mnogo vedrih dana, sunčeva energija sada se razvija mnogo brže od vjetra. Cijene električne energije dobivene uz njezinu pomoć padaju čak i brže od cijena vjetroelektrana. Već početkom 2020-ih preteći će vjetroturbine u proizvodnji i postati glavni ovan koji uništava energiju ugljena i ugljikovodika.
No, za zemlje sa sjevernim teritorijima vjetar može igrati drugačiju ulogu - glavni generator. To se vjerojatno neće dogoditi u Rusiji, i to ne samo zato što južno od Samare imamo puno sunca. Što je još važnije, ne možemo napustiti ni nuklearnu ni plinsku energiju zbog ogromne infrastrukture koja je za njih izgrađena. Pa ipak, do 2030. vjetroagregati će postati česti elementi u ruskim krajolicima - kao što su to sada u Njemačkoj ili Velikoj Britaniji.
