Технічніко-економічні аспекти впровадження вітрових електростанцій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський електромеханічний фаховий коледж

Технічніко-економічні аспекти впровадження вітрових електростанцій

Малишкін Олександр Іванович доктор економічних наук, професор

Шатний Максим здобувач освіти відділення бакалаврату

м. Київ

Анотація

За основу розрахунків прийнята встановлена потужність електроенергії у 1200 МВт, що виробляється ТЕЦ м. Києва. У якості замінників традиційним джерелам пропонуються вітрогенератори марки «Vestas V150-4,2 МВт». Сприяє такому вибору той факт, що турбіни марки «Vestas були використані українською компанією «ДТЕК» у 2012-2014 рр. для будівництва найбільшої в країні Ботіївської ВЕС потужністю 200 МВт. Оскільки потужність однієї турбіни становить 4 МВт, а на споживання потрібно 1200 МВт, то кількість турбін для базового розрахунку становить 300 од.

Обмежуючим фактором є і те, що вітрові станції не можуть бути єдиним джерелом подачі електроенергії через непостійність вітру. Приклад Південній Австралії свідчить про необхідність акумуляції енергії за використання батарей-накопичувачів Tesla Powerpack, яку побудувала компанія Ілона Маска «Tesla». Проект реалізувався разом з французькою компанією Neoen. Станцію підключено до вітряної електростанції в місті Джеймстаун. Загальна потужність батареї становить 100 МВт, ємність - 129 МВт на годину. Акумулятор, який пов'язаний з вітрогенератором, здатен забезпечити енергією 30 000 будинків.

До економічної складової спорудження і експлуатації ВЕС входять доходи від продажу електроенергії і ті витрати, які потрібно здійснити для капітальних вкладень (монтажу та запуску вітрових турбін) і поточних витрат на експлуатацію станцій. У даній статті розглянуто лише капітальні витрати - вартість закупки обладнання (турбіна у комплекті), вартість його доставки, монтажу і здачі в експлуатацію. За розрахунками станом на лютий 2023 року первісна вартість однієї одиниці вітряка може становити приблизно 7,3 млн. дол. США.

Заміна виробництва електроенергії з викопного палива на відновлювані джерелами енергії, зокрема, на енергію вітру, є важливим кроком у скороченні викидів парникових газів і в уповільненні глобального потепління. Проблеми достатності фінансування для будівництва ВЕС в Україні, зокрема, у Києві, мають вирішуватися злагодженими діями приватного капіталу та уряду країни, який має керуватися Національним планом скорочення викидів. Доцільно для об'єктів «зеленої енергетики» застосовувати пільговий режим фінансування, наприклад, покриття частини відсотків позик банків за рахунок державного бюджету.

Ключові слова: ВЕС, вітряки для міста Києва, технічне обґрунтування ВЕС, економічне обґрунтування ВЕС, зелена енергетика.

Abstract

Malyshkin Oleksandr Ivanovych Doctor of economic sciences, professor, Kyiv Electromechanical College, Povitroflotskyi Ave., 45, Kyiv,

Shatny Maksym Student of the bachelor's department. Kyiv Electromechanical Vocational College, 45 Povitroflotskyi Ave., 45, Kyiv

TECHNICAL AND ECONOMIC ASPECTS OF IMPLEMENTATION OF WIND POWER PLANTS

(on the example of the city of Kyiv)

The basis of the calculations is the established electricity capacity of 1,200 MW, which is produced by the Kyiv thermal power plant. Vestas V150-4.2 MW wind generators are offered as substitutes for traditional sources. This choice is facilitated by the fact that Vestas turbines were used by the Ukrainian company DTEK in 2012-2014 for the construction of the country's largest Botiyiv wind farm with a capacity of200 MW. Since the power of one turbine is 4 MW, and 1200 MW is required for consumption, the number of turbines for the basic calculation is 300 units.

A limiting factor is the fact that wind farms cannot be the only source of electricity supply due to the inconsistency of the wind. The example of South Australia shows the need for energy storage using Tesla Powerpack storage batteries, which was built by Elon Musk's Tesla company. The project was implemented together with the French company Neoen. The station is connected to a wind farm in the city of Jamestown. The total power of the battery is 100 MW, the capacity is 129 MW per hour. The battery, which is connected to the wind generator, is capable of providing energy to 30,000 houses.

The economic component of the construction and operation of wind power plants includes income from the sale of electricity and those costs that need to be made for capital investments (installation and start-up of wind turbines) and current costs for operating the stations. In this article, only capital costs are considered - the cost of purchasing equipment (turbine included), the cost of its delivery, installation and commissioning. According to calculations as of February 2023, the initial cost of one unit of the wind turbine may be approximately $7.3 million. USA.

Switching electricity generation from fossil fuels to renewable energy sources, particularly wind energy, is an important step in reducing greenhouse gas emissions and slowing global warming. The problems of sufficient financing for the construction of wind power plants in Ukraine, in particular, in Kyiv, must be solved by the coordinated actions of private capital and the country's government, which must be guided by the National Emission Reduction Plan. It is advisable for "green energy" facilities to apply a preferential financing regime, for example, covering part of the interest on bank loans at the expense of the state budget.

Keywords: wind power plant, windmills for the city of Kyiv, technical justification of wind power plant, economic justification of wind power plant, green energy.

Постановка проблеми. Альтернативні види виробництва електроенергії («зелена енергетика» - вітрова, сонячна, органічна) складають лише 1 % від загальної потужності станцій України [1]. У зв'язку із окупацією рф частини півдня і сходу країни частка «зеленої енергетики» в енергобалансі країни ще більше скоротилася.

Вітрові електростанції (ВЕС) - це вид відновлюваного джерела енергії, який виробляє електроенергію за допомогою вітру. Практика доводить економічні та екологічні переваги використання вітрових електростанцій, як вектору розвитку «зеленої енергетики».

Актуальність дослідження для умов міста Києва пов'язано з тим, що значна частина електроенергії для потреб міста виробляться на теплових електростанціях/централях (ТЕЦ) - приблизно 1200 Мвт [3, с. 837] (у довоєнний період). Хоча встановлена потужність є трохи більшою - 1410 Мвт. Одночасно виробляється потужна теплогенерація (табл.).

Таблиця Встановлена потужність електро та теплогенерації теплових станцій м. Києва на 2022 рік

Джерело: власна розробка на підставі даних КП «Київтеплоенерго» [3, с. 831-837].

За показниками потужності тепло і електрогенерації київський енергетичний район є найбільшим в Україні. В результаті воєнних дій рф-агресора виробництво електроенергії на ТЕЦ частково припинено і вони зосереджуються на виробництві теплоенергії. Київські ТЕЦ виробляють електро і теплоенергію на спалюванні природного газу, в окремих випадках вугілля або мазуту, що спричиняє викиди забруднюючих речовин в атмосферу у вигляді парникових газів і твердих частин. Такі традиції шкодять якості повітря міста і спричиняють значні екологічні проблеми. Вихід з ситуації вбачається у переході на відновлювальні джерела енергії.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Дослідженням проблем і перспектив розвитку відновлювальних джерел енергії займалися закордонні та вітчизняні вчені. Так, Загарій В. К. та Ковальчук Т. Г досліджували тенденції розвитку відновлювальної енергетики у світі і в Україні. [4], Кучерява І.М. і Сорокіна І.Л., аналізують основні тенденції розвитку відновлювальної енергетики на сучасному етапі [5]. Проте, відсутні публічні дослідження прикладного техніко-економічного характеру щодо заміни електрогенерації з теплових станцій на вітряні станції на прикладі великого міста, зокрема, Києва. енергія батарея накопичувач

Мета статті - визначити технічні параметри та економічну складову встановлення вітряних електростанцій (ВЕС) з метою компенсації обсягу електроенергії, що виробляється на київських ТЕЦ на екологічно чисту.

Виклад основного матеріалу. Економічні вигоди ВЕС полягають у наступних перевагах: вартість виробництва електроенергії з вітру значно знизилася за останні роки, що робить її конкурентоспроможною з іншими джерелами електроенергії; вітрові електростанції вимагають мінімального обслуговування, а значить, мають низькі експлуатаційні витрати; тривалий термін служби турбін (20 і більше років) тощо [6].

Важливим і навіть вирішальним чинником на сьогодні виступає екологічна складова: енергія вітру є чистим і відновлюваним джерелом енергії; виробництво енергії не виділяє парникових газів чи інших шкідливих забруднювачів, що робить його екологічно чистим; енергія вітру зменшує залежність людства від викопного палива, яке є головним джерелом зміни клімату [1, 2].

Українська вітроенергетична асоціація заявляє, що 2023 рік має стати поворотним для галузі «зеленої» енергетики України, особливо, зважаючи на її можливості в посиленні енергетичної безпеки держави та децентралізації генеруючих потужностей [2]. Особливу актуальність ця потреба набула під час війни рф проти України. Ця війна, напевно, відтермінує такі оптимістичні плани.

Важливим чинником прискорення виступають вимоги ЄС щодо розвитку «зеленої енергетики», які закріплені в Угоді про асоціацію між Україною та ЄС від 2014 року.

Крім того, Україна, як член Енергетичного Співтовариства з 2011 року, прийняла зобов'язання дотримуватися положень Договору про заснування Енергетичного Співтовариства та додатків до нього. Згідно з Додатком II до Договору всі великі спалювальні установки після 31 грудня 2017 року мають відповідати вимогам Директиви 2001/80/CC про обмеження викидів деяких забруднюючих речовин у повітря від великих спалювальних установок. До таких установок відносяться усі великі ТЕЦ м. Києва, які споживають, природний газ (переважно) і навіть вугілля і мазут і потребують заміни на альтернативні джерела енергії, зокрема, можливо і на ВЕС [6].

Такий підхід відповідатиме Національному плану скорочення викидів від великих спалювальних установок» до 2033 року. Метою Національного плану є поступове скорочення викидів діоксиду сірки (SO2), оксидів азоту (NOx) та речовин у вигляді суспендованих твердих частинок, недиференційованих за складом від існуючих великих спалювальних установок [7].

Технічна складова. За основу розрахунків нами прийнята встановлена потужність електроенергії у 1200 МВт, що виробляється ТЕЦ м. Києва. У якості замінників традиційним джерелам ми використали технічні дані вітрогенератора марки «Vestas V150-4,2 МВт». Сприяє такому вибору той факт, що турбіни марки «Vestas були використані українською компанією «ДТЕК» у 2012-2014 рр. для будівництва найбільшої в країні Ботіївської ВЕС потужністю 200 МВт. У 2012 року було запущено 30 агрегатів, у квітні 2014 року -- ще 35, разом, 65 агрегатів. Потужність станції дозволяє забезпечити електроенергією південь Запорізької області, а раніше - частину Криму до анексії. Станція дозволяє знизити шкідливі викиди в атмосферу приблизно на 730 тис. т. вуглекислого газу, що прирівнюється до викидів 365 тисяч автомашин щороку. За 20 років експлуатації електростанції можна буде заощадити 34,8 млн т вугілля. [8].

Оскільки потужність однієї турбіни становить 4 МВт, а на споживання потрібно 1200 МВт, то кількість турбін для базового розрахунку становить 300 од. (1200/4). Виходячи з довжини леза турбіни (BLADE DIMENSIONS) у 75 метрів для розміщення 300 од. турбін потрібна площа землі не менше ніж 22500 кв. м. [9]. Важливо також встановити, чи достатньою є швидкість вітру у проектній ділянці землі. Зокрема, можливо встановлювати ВЕС у межах агломерації Києва або на околицях по руслу річки Дніпро, де швидкість вітру коливається у середньому від 2 до 5 м/с, а швидкість врізу турбіни становить 3 м/с, тобто цієї швидкості технічно достатньо для роботи турбін.

Для перевірки цього розрахунку ми спираємося також на заяви керівництва компанії «ДТЕК» проте, що місто Київ у 2019 році спожило 9,9 млрд кВт*год, на 2024 рік заплановано 11,3 млрд кВт*год [10]. Відповідно, визначити скільки МВт місто споживає за 1 годину, поділивши на 8760 годин на рік:

2019 р: 9 900 000 000 / 8760 = 1 130 137 кВт*год або ж 1130 МВт*год.

2024 р (план): 11 300 000 000 / 8760 = 1 289 954 кВт*год або ж 1289 МВт*год.

З цього ми зробимо висновок, що 300 од. турбін по 4 МВт (4000 кВт) кожна задовольняє потребу Києва в енергії - 1 200 000 кВт або 1200 МВт.

В даному розрахунку ми не приймали до уваги втрати електроенергії у процесі виробництва на ВЕС та її транспортування. Для цього потрібні більш детальні технічні характеристики обладнання.

Обмежуючим фактором є і те, що вітрові станції не можуть бути єдиним основним джерелом подачі електроенергії через непостійність вітру. Приклад Південній Австралії свідчить про необхідність акумуляції енергії за використання батарей-накопичувачів Tesla Powerpack, яку побудувала компанія Ілона Маска «Tesla». Проект реалізувався разом з французькою компанією Neoen. Станцію підключено до вітряної електростанції в місті Джеймстаун. Загальна потужність батареї становить 100 МВт, ємність - 129 МВт на годину. Акумулятор, який пов'язаний з вітрогенератором, здатен забезпечити енергією 30 000 будинків. [11].

Враховуючі те, що споживачів не можливо вимкнути з ланцюгу живлення міста, доцільно ВЕС використовувати як додаткові джерела поруч з атомною енергетикою. При цьому ВЕС будуть подавати енергію в об'єднану енергосистему України.

Економічна складова. До економічної складової спорудження і експлуатації ВЕС входять доходи від продажу електроенергії і ті витрати, які потрібно здійснити для капітальних вкладень (монтажу та запуску вітрових турбін) і поточних витрат на експлуатацію станцій. У даній статті розглядаємо лише капітальні витрати - вартість закупки обладнання (турбіна у комплекті), вартість його доставки, монтажу і здачі в експлуатацію. Ці витрати складатимуть суму капітальних інвестицій у спорудження основного засобу і формуватимуть його первісну вартість на балансі компанії-виробника електроенергії [12, с. 42].

Ціни закупки вітряної турбіни коливаються в залежно від таких факторів, як модель, потужність турбіни, конкретні вимоги проекту та місце розташування. Постачальники пропонують ціну у 1500$ за 1 кВт потужності [13]. З цього виходить що закупівельна ціна турбіни «Vestas V150-4,2 МВт» становить близько 6 млн. дол. США.

Включно з митними витратами на імпорт обладнання в Україну приймаємо у середньому для розрахунку 6,5 млн. дол. США за один комплект турбіни. Витрати з доставки і монтажу можуть становити приблизно 10 % від вартості закупки турбіни. До цих витрат потрібно додати ціну проектування об'єкта і отримання дозволів, це приблизно 2-3 % від вартості закупки турбіни [13].

Отже, загальна вартість одного змонтованого вітряка може становити приблизно 7,3 млн. дол. США. На 300 турбін знадобиться 2 203,500 млн. дол. США. У гривневому еквіваленті станом на 01.02.23 року (курс гривні до долара США (купівля) - 36,6541) ця сума складає 80 767, 310 млн. грн.

Останніми роками виробники підвищують потужність турбін і вартість комплекту має тенденцію на збільшення.

Джерелом фінансування замовленого розміру капітальних витрат може слугувати як державний, так і приватний капітал. Проте, світова практика спорудження об'єктів «зеленої енергетики» свідчить про зацікавленість останнього. За сталою практикою бізнесу, основну частину фінансування забезпечує власник компанії, яка планує експлуатацію ВЕС. Також залучаються позики банків.

Висновки

Досягнення цілей кліматичної нейтральності енергетики та реалізація проектів сталого розвитку мають вирішальне значення для майбутнього нашої планети. Заміна виробництва електроенергії з викопного палива на відновлювані джерелами енергії, такими як енергія вітру, є важливим кроком у скороченні викидів парникових газів і в уповільненні глобального потепління. Проблеми достатності фінансування для будівництва ВЕС в Україні, зокрема, у Києві, мають вирішуватися злагодженими діями приватного капіталу та уряду країни, який має керуватися Національним планом скорочення викидів [7]. Доцільно для об'єктів «зеленої енергетики» застосовувати пільговий режим фінансування, наприклад, покриття частини відсотків позик банків за рахунок державного бюджету.

Література

1. Схема теплопостачання м. Києва до 2030 року.

2. Загарій В.К., Ковальчук Т,Г. Відновлювальна енергетика: тенденції розвитку у світі та Україні. Вісник Ужгородського національного університету. Випуск 16/2021 р. , с. 70-76.

3. Кучерява І.М., Сорокіна І.Л., Основні тенденції розвитку відновлювальної енергетики на сучасному етапі. Гідроенрегетика України, № 1-2/2019 р., с. 19-21.

4. Україна стає членом ЄЕС

5. Розпорядження Кабміну України від 08.11.2017 р. № 796 «Про Національний план скорочення викидів від великих спалювальних установок» до 2033 року.

6. Національна лабораторія відновлюваної енергії.

7. Дефіцит електроенергії в Києві може сягати 30%, відключення будуть більш масовими.

8. Малишкін О.І. Економіка виробництва. Посібник. К.: ТРОПЕА, 2022.- 128 с.

9. Капітальні витрати на енергію вітру.

References

1. Ofidjnij sajt Mmregmn Ukra'ini [Official website of the Ministry of Regions of Ukraine].

2. Ofidjnij sajt Ukrains'koi vіtroenergetichnoї asodacn [Official website of the Ukrainian Wind Energy Association].

3. Shema teplopostachannja m. Kmva do 2030 roku [Scheme of heat supply of the city of Kyiv until 2030]. kyivcity.gov.ua Retrieved from Ofidjnij sajt KMDA.

4. Zagarij, V.K., Koval'chuk, T,G. (2021). VMnovljuvarna energetika: tendench rozvitku u svd ta Ukra'd [Renewable energy: development trends in the world and Ukraine]. Visnik Uzhgorodskogo nacional'nogo universitetu - Bulletin of the Uzhhorod National University, 16/2021,70-76. [in Ukrainian].

5. Kucherjava, I.M., Sorokma, I.L., (2019). Osnovrn tendench rozvitku vіdnovljuvaГnoї energetiki na suchasnomu etapі [Main trends in the development of renewable energy at the current stage]. Gidroenregetika Ukrami - Hydropower of Ukraine, 1-2/2019, 19-21 [in Ukrainian].

6. Ukraina staє chlenom ЄES [Ukraina staє chlenom ЄES].

7. Rozporjadzhennja Kabmmu Ukra'ini «Pro Nadonal'nij plan skorochennja vikidіv vM velikih spaljuval'nih ustanovok» [Decree of the Cabinet of Ukraine "On the National Plan for Reducing Emissions from Large Combustion Plants"]. (n.d).

8. Oficynij sajt kompann DTEK [Official website of the DTEK company].

9. Nadonal'na laboratorija vіdnovljuvanoї energn [National Laboratory of Renewable Energy].

10. Deficit elektroenergn v К^і mozhe sjagati 30%, vMkljuchennja budut' bіl'sh masovimi [Electricity deficit in Kyiv may reach 30%, blackouts will be more massive].

11. Malishkm, О.І. (2022). Ekonomika virobnictva [Economy of production]. K.: TROPEA, 2022 [in Ukrainian].

12. Kaphal'm vitrati na energyu vhru [Capital costs of wind energy].

Размещено на Allbest.ru