Ветроэнергетика в мире: затраты на строительство и эффективность ВЭУ

Основной причиной развития альтернативных источников энергии является снижение удельных капитальных затрат на реализацию проекта и повышение эффективности их использования и как следствие снижение средневзвешенной нормированной стоимости электроэнергии (LCOE). На основании базы данных международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), включающие

• The IREA Renewable Cost Database - включает данные о затратах и ​​производительности около 21 000 проектов суммарной мощностью около 2 100 ГВт;
• The IRENA Auction and Power Purchase Agreement (PPA) Database - база данных по аукционам и соглашениям о покупке электроэнергии (PPA), которая содержит данные около 13 500 проектов в области ВИЭ.

получены данные о стоимости альтернативных источников энергии, их эффективности и стоимости электроэнергии.

Примечание: в данном материале приведены среднемировые взвешенные значения, которые могут отличаться для различных стран и проектов в зависимости от индивидуальных особенностей каждого проекта.

Стоимость строительства

Установленная мощность наземных ветроэнергетических установок в период с 2010 по 2021 г увеличилась более чем в 4 раза с 178 ГВт до 769 ГВт соответственно. Основной причиной такого роста является развитие технологий в сфере ветроэнергетики и уменьшение капитальных затрат на реализацию проектов. Основным толчком развития ветроэнергетики является увеличение самих ветроустановок. Увеличение ротора ветроколеса ВЭУ в сочетании с увеличением высоты башни позволило устанавливать ветроустановки на местах, которые обладают меньшим ветропотенциалом, а во-вторых, ротор ВЭУ находится на высотах, где преобладают более высокие скорости ветра. Данные изменения приводят к повышению эффективности использования ветроустановок и, как следствие, к снижению стоимости электроэнергии.

Одной из причин роста ветроэнергетики также является снижение стоимости ветроэнергетических установок. В последние года наблюдается резкое снижение стоимости ветроустановок, произведенных в Китае. По состоянию на 2021 г средняя стоимость подобных контрактов на покупку ВЭУ составляла 550 долл/кВт. Стоит отметить, что за счет пониженного спроса на ВЭУ (в основном из-за пандемии коронавируса) в некоторых проектах зафиксирована цена на уровне 425 долл/кВт на поставку ветротурбин. В связи с тем, что стоимость турбины составляет около 70% от общих капитальных затрат на реализацию проекта в области ветроэнергетики, то наблюдается снижение общих капитальных затрат.

За период с 2010 по 2021 г удельные среднемировые удельные затраты на строительство наземных ветроустановок сократилась на 35% и составили 1325 долл/кВт установленной мощности в 2021 г.

Стоит отметить, что в последние годы темпы снижения удельных капитальных затрат сократились, а в некоторых регионах в период с 2020 по 2021 годы, наоборот, наблюдалось возрастание затрат на строительство наземных ветроэлектростанций. Одним из основных факторов увеличения затрат является существенное возрастание цен на сырье и материалы для изготовления ВЭУ. Например, в период с 2020 г по конец 2021 г цена на сталь выросла на 50% и продолжает расти, а общая доля стали в проекте наземных электростанций в весовом эквиваленте составляет 24% (включая фундамент ВЭУ), также некоторое сырье показало существенное удорожание: медь – 60%, неодим – 300%.

Однако имеющиеся данные свидетельствуют о том, что не все увеличение стоимости материалов, наблюдавшиеся до теперешнего момента, отразились на ценах на оборудование, поскольку поставляемые турбины поставлялись по заключенным ранее контрактам. Такая ситуация привела к сокращению маржинальности производства турбин. Если цены на материалы останутся и далее высокими, то ценовое давление будет более выраженным и общая стоимость капитальных затрат вероятно вырастет на большем количестве рынков ветроэнергетики. Одним из факторов роста затрат на строительство в последующих годах может являться логистика. Нарушение логистических цепочек приводило не только к задержкам в реализации проектов, но и к дополнительным штрафным санкциям к производителям турбин. Все указанные факторы с большой вероятностью приведут к увеличению капитальных затрат на реализацию проектов в сфере наземной ветроэнергетики до 8-12% к текущему уровню затрат.

Эффективность наземных ветроэлектростанций

В качестве критерия оценки эффективности работы возобновляемых источников энергии используется такой показатель, как коэффициент использования установленной мощности (КИУМ). КИУМ представляет собой отношение произведенной электростанцией электрической энергии за установленный интервал времени к установленной мощности электростанции и интервалу времени, выраженного в процентах. Эффективность ветроустановок зависит от двух факторов: ветроэнергетического потенциала площадки строительства и технологического совершенства турбины. В некоторых странах к фактору, от которого зависит эффективность ветроэлектростанции можно добавить электрические балансы работы станции. К данному фактору относятся различные ограничения по работе станции, накладываемые оператором (владельцем) электрической сети, куда осуществляется передача электрической энергии, рыночные отношения на поставку энергии или иные законодательные аспекты на ограничения выработки электроэнергии.

В период с 2010 по 2021 эффективность наземных ветроэлектростанций увеличилась на 44% и составила 39% в 2021 г (в 2010 – 27%).

Основными факторами, влияющими на повышение эффективности использования ветряков, являются постоянное совершенствования технологий ветроэнергетических установок и использование мест с высоким ветропотенциалом за счет развития технологий в смежных областях, таких как логистика, строительство в горных массивах. Проведенный анализ в разных странах показал, что наибольшее влияние на эффективность ветроэнергетики оказывает именно развитие современных технологий в области создания ветротурбин. Наибольшую роль играет использование более крупных турбин с большей высотой хаба (ступицы) и большим диаметром ветроколеса. На рисунке ниже представлены изменения в «средних» геометрических размеров используемых турбин в различных странах.

Средневзвешенный диаметр ротора и высоты хаба наземных ветряных турбин по странам, 2010–2021 гг.

Не все улучшения коэффициента использования установленной мощности являются результатом развития технологий строительства и проектирования турбин, поскольку, благодаря достижениям в области дистанционного зондирования, усовершенствованию вычислительной техники и методик определения ветровых ресурсов и анализу размещения турбин с целью сведения к минимуму потерь в выработке электрической энергии, позволило выбирать лучшие площадки для ветряных электростанций и лучшие схемы конфигураций ВЭУ.

Стоит отметить, что не во всех странах наблюдается высокий рост повышения эффективности использования наземных ВЭУ. Для некоторых стран наблюдается снижение КИУМа, основной причиной является ограничение доступа к участкам с более лучшими ветровыми характеристиками или улучшения экономических показателей проектов наземной ветроэнергетики, позволяющих осуществлять проекты в районах с более низкими скоростями ветра, которые ранее считались нерентабельными.

Нормированная стоимость электроэнергии

В период с 2010 по 2021 г нормированная стоимость электроэнергии для наземных ветроэлектростанций снизилась на 32% и в 2021 г составила 0,033 долл США/кВт*ч.

Факторами, способствующими снижению средневзвешенной нормированной стоимости электричества, являются:

• Усовершенствование технологий создания и проектирования турбин. Увеличение размеров турбин и сокращение общего количества турбин, необходимых для заданных значений мощности ветропарка, а также по причине более высокой номинальной мощности единичной турбины привело к увеличению удельной выработки энергии на единицу мощности.
• Оптимизация конфигурации площадки. Эффективное использование ветровых ресурсов и снижение потерь из-за турбулентного следа увеличило выход энергии на единицу мощности.
• Экономия за счет масштаба. Экономия за счет масштаба влияет на затраты на производство, затраты на логистику, эксплуатацию и техническое обслуживание, а также установку.
• Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Цифровые технологии анализа работы ВЭУ позволили усовершенствовать методы оценки технического состояния турбины. Дополнительно к этому добавились улучшения в надежности и долговечности новых турбин, что привело к сокращению затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание.
• Конкурентный отбор проектов. Переход от схем поддержки объектов ветроэнергетики за счет «зеленых» тарифов к конкурентным аукционам ведет к дальнейшему снижению затрат. Это связано с тем, что реализация проектов по аукционам стимулирует Заказчиков увеличивать конкурентоспособность своего проекта за счет оптимизации капитальных затрат на всем этапе жизни проекта, от разработки проекта до эксплуатации и технического обслуживания, как в локальном, так и в глобальном масштабе.

Стоимость электроэнергии от наземных ветроэлектростанций имеет неравномерное распределение на разных мировых рынках. Например, самое высокое среднее значение стоимости электроэнергии наблюдается в странах Южной Америки (за исключением Бразилии) и Африки, наименьшее значение – в Китае и Бразилии. Ниже приведены значения нормируемой стоимости электроэнергии для наземных ветроустановок по регионам.