V nekaterih državah so vetrne turbine že nadomestile bolj tradicionalne vire energije. Kaj čakamo?
Vetrne turbine v Rusiji
Vetrnice po vsem svetu zdaj proizvajajo več električne energije kot celotna elektroenergetika v Rusiji - in njihova cena je po ceni že enaka termoelektrarnam. In to kljub temu, da so ruski energetski inženirji in uradniki pred desetimi leti menili, da so možnosti za njihov razvoj izčrpane, same vetrne elektrarne pa predrage. Zdaj se je vse postavilo na glavo: ruska državna korporacija vlaga več deset milijard, da bi na področju vetrnih turbin dohitela Zahod. Zakaj se pretekle napovedi ruskih strokovnjakov niso uresničile, česar pa nismo upoštevali? In ali obstajajo možnosti za poskuse Rosatoma zapraviti denar?
Veter zgodovine
Ko so ljudje prvič pomislili na uporabo vetra, je vprašanje težko. Obstajajo posredni dokazi, da bi Homo erectus ali neandertalci lahko pluli. Sodobni poskusi premagovanja ožine med Kreto in celino - in pred 130 tisoč leti se je na tem otoku nenadoma pojavilo kamnito orodje - so pokazali, da je to nerealno storiti na veslih - tok v tej ožini je premočan. Rezbarije, ki natančno potrjujejo uporabo jader, so stare nekaj tisoč let.
Promocijski video:
Prve mehanske stroje, ki jih poganja sila vetra, je izumil Heron Aleksandrijski v 1. stoletju pred našim štetjem (ustvaril je tudi prvi vzorec turbine, ki se vrti med zgorevanjem goriva). Res je, da njegova vetrnica ni rešila praktičnega, ampak zabavnega problema. Bil je nekakšen glasbeni instrument, ki je deloval z vrtenjem kolesa pri bližajočem se vetru.
Okoli leta 400 našega štetja se v budističnih templjih v Indiji pojavijo vetrnice z navpično osjo vrtenja - molitveni stroji. Lahko je opaziti njihovo bistveno razliko od Heronove sheme - budistična različica vetrnice je "položena na bok".
Praktično uporabo vetrnih strojev so našli v 9. stoletju v Iranu (opisi Abu Ishaq al-Istakhri). Vendar s tistimi, ki smo jih vajeni, niso imeli nič skupnega. To so bili stolpi, po obodu katerih so bile mrežaste strukture, prekrite s tkanino. Veter jih je vrtel, poseben mehanizem pa je vrtenje navpične osi pretvoril v premikanje mlinskih kamnov ali delovanje naprave za dviganje vode.
Iz Irana je novost prišla do Indije in Kitajske, ne pa tudi do Evrope, ki si je takrat izposodila zelo malo tehničnih novosti.
Leta 1185 je bila prva vetrnica omenjena v Yorkshiru (Anglija) in ta prva zahodna vetrnica je bila že znanega tipa - z vodoravno osjo vrtenja, na kateri so nameščeni navpično vrtljivi noži. Kot lahko vidimo, sta bila zahodni in vzhodni pristop k vetrnicam že od 12. stoletja nasprotna.
Prednosti vzhodne sheme pred zahodno so očitne. Vetrnica z navpično osjo deluje ne glede na smer vetra, zato bi jo Kitajci in Iranci lahko pustili brez nadzora in se lotili pomembnejših stvari. Poleg tega je v vzhodni različici z enako močjo vetrovnost konstrukcije veliko večja, zato začne delovati tudi s šibkim vetrom.
Po drugi strani pa ima zahodna vetrna vetrna turbina svoje prednosti. Da, držati ga je treba ob vetru, a na njegova rezila veter večinoma vpliva le z ene strani, kar poveča njihovo energijo. Vzhodni z vsako revolucijo doživi trenutek, ko se rezila obrnejo in jih veter "udari" z druge strani. Inercije je dovolj, da se konstrukcija vrti še naprej, toda jambor se močno trese in del energije vrtenja gre za kompenzacijo "udarca". Zaradi teh spremenljivih obremenitev mora biti jambor ali stolp močnejši in masivnejši. Rezultati so očitni: zahodna vetrna turbina je težja za upravljanje, vendar učinkovitejša in cenejša.
Vetrnice so bile v Evropi zelo razširjene, vse do parnih strojev in električne energije. Skoraj niso potrebovali osebja, daljnovodov (kar je pomembno na podeželju) in so bili manj hrupni. No, različica vetrnice, ki dviguje vodo iz vodnjaka, je še vedno izjemno priljubljena v tretjem svetu, kjer elektrifikacija še vedno ni prizadela več kot milijardo ljudi.
Poskusi prijateljevanja z vetrom in elektriko so bili že zelo zgodaj. Prva vetrna turbina za proizvodnjo električne energije je bila zgrajena na Danskem leta 1890. Na zahodu so njihove dimenzije na začetku 20. stoletja dosegale 25 metrov višine, razpon rezila pa 23 metrov. Aja, vse je pokvaril problem spremenljivega vetra. Električna energija je bila potrebna tudi takrat, ko ni pihalo, dizelski generatorji in daljnovodi pa so bili precej poceni. Tako so vetrnice potisnili na oddaljena polja, kjer so delali za namakanje. A le za nekaj časa!
Veter sprememb v ZSSR
Ko se je zahodni svet zaradi elektrifikacije začel znebiti vetrnih turbin, je naša država ubrala povsem drugo pot - "po vetru". Kot nadomestilo za pomanjkanje termoelektrarn je Centralni aerohidrodinamični inštitut v dvajsetih letih 20. stoletja ustvaril vrsto majhnih vetrnic z močjo do 30 kilovatov, ki so jih oskrbovale s hidravličnim akumulatorjem. Vetrna turbina je s presežkom generacije dvignila vodo do višine jambora, in ko ni bilo vetra, je vodo odtekla nazaj, vodno turbino je obrnila, kar je dalo tok. Uporabljali so jih v Burjatiji in drugih krajih brez daljnovodov. Shema je, mimogrede, izredno smiselna - letos je bila v Nemčiji zgrajena cela elektrarna po istem konceptu, le veliko močnejša.
V ZSSR so se pred odkritjem sibirskih naftnih in plinskih polj iz strateških razlogov aktivno razvijali alternativni viri energije. 90 odstotkov sovjetske nafte je bilo proizvedeno na Kavkazu in očitno je bilo, da bo sovražnik v vsaki vojni skušal udariti tam. To je leta 1940 načrtovalo francosko letalstvo. Le Hitlerjeva uničenja Tretje republike so to preprečila. Hitler sam je to hotel storiti, vendar mu tudi ni uspelo. Da bi se zaščitila, je sovjetska vlada spodbujala različne možnosti - od ene in pol na plinskih generatorjih na drva do … vetrnih turbin z vztrajniki.
Da, prav tak čudež se je v Kursku začel leta 1931. S kapaciteto le 35 kilovatov je bil opremljen s "diskom za shranjevanje" (tretjino tone), ki se je vrtel v posodi, iz katere je bil odstranjen zrak za zmanjšanje trenja. Vetrna elektrarna izumitelja Ufimtseva je osvetlila njegovo hišo in napajala delavnico tudi takrat, ko ni bilo vetra. Vendar je umrl leta 1936 in od takrat postaja (še vedno stoji) ni bila nikoli zagnana.
Vendar so bile tudi brez naprav za shranjevanje sovjetske vetrnice med vodilnimi. Leta 1931 je bil v bližini Balaklave zgrajen najmočnejši vetrni generator na svetu s 100 kilovati (razpon rezil - 30 metrov). Zanimivo je, da so Nemci, ki so zdaj v ospredju razvoja vetrne energije, takrat vetrne elektrarne ravnali precej nesramno. Leta 1941 je z njihovim obstreljevanjem izginila največja vetrna turbina na planetu. Morda je šlo za zavist - njihove lastne vetrne turbine takrat niso dajale več kot 70 kilovatov in so bile veliko manj. V letih 1950-1955 je ZSSR proizvedla 9000 vetrnic na leto - z zmogljivostjo do stotine kilovatov. No, kako bi sicer lahko deviške dežele in sever oskrbovali z energijo pred dizelskimi generatorji?
Veter samostojnosti
Sovjetsko vetrno elektrarno je ubil povojni razcvet poceni tekočih goriv, zahodno pa je oživila naftna kriza sedemdesetih let. Potem je tam dozorela ideja o energetski neodvisnosti od živcev in nagnjenosti k monopolskemu dogovarjanju vzhodnih dobaviteljev na račun vetrne energije.
Na prvi pogled gre za očitno regresijo. Zakaj bi s stabilnih virov energije prešli na tiste, ki so dobesedno odvisni od vetra? Poleg tega so nam pred nekaj leti ruski uradniki povedali, da vetrne turbine v Evropi proizvajajo drago energijo. Poskusimo ugotoviti.
Današnja vetrnica z vodoravno osjo pravzaprav ni toliko odvisna od najmanjših nihanj hitrosti vetra. Vestas V164 je visok 220 metrov (ena in pol Keopsovih piramid) in rezila z nihanjem 164 metrov (več kot 50-nadstropna stavba). Skupna teža rezil iz steklenih vlaken je 100 ton. Dejansko ima takšna zasnova svoj lastni pomnilniški disk, le da je njegova masa 300-krat večja od Ufimtseve.
Hkrati se pričakuje nadaljnje povečanje višine vetrnic in razpona njihovih lopatic, kar pomeni, da so zaradi manjših postankov še manj ogroženi. Menijo, da je smiselno dimenzije povečati vsaj na višine 300-400 metrov in razpon rezila do 300 metrov.
Začenši s Siemensovim Enercon E-126, že obstaja metoda za ustvarjanje takšnih ogromnih rezil - sestavljeni so iz dveh odsekov, ki sta vstavljena drug v drugega. Številni proizvajalci nameravajo svoje število povečati celo na tri.
Moč istega Vestasa V164 je že presegla 9 megavatov, podvojitev razpona njegovih lopatic pa bo povečala moč vetrne turbine na 40 megavatov. Še pomembneje pa je, da se z vsakih sto metrov nadmorske višine povprečna letna hitrost vetra izrazito poveča. Pri resnično velikih konstrukcijah je smiselno graditi vetrne elektrarne tudi na gozdnatih območjih, kjer je hitrost vetra običajno blizu tal.
Zaradi nenehne rasti velikosti vetrnih turbin stroški njihove energije ves čas padajo. Presodite sami: ljudje znajo poceni zgraditi tudi 828-metrske stavbe, z rastjo njihove višine pa stroški rastejo linearno. Toda moč vetrnice z vsakim podvojitvijo višine raste že na kvadrat. Pri vetrni energiji je ekonomija obsega zelo opazna.
Še pred petimi leti, leta 2012, so vetrne turbine na Zahodu proizvajale električne energije več kot 10 centov na kilovatno uro. Danes pa se je ta številka, kot ugotavlja ameriško ministrstvo za energijo, znižala na 4-5 centov na kilovatno uro. Tudi nove vetrnice na morju, ki so običajno dražje od kopenskih, zagotavljajo energijo za 6-7 centov na kilovatno uro, ta cena pa pada celo hitreje kot na kopnem. Razlog je v tem, da lahko na morju nosite rezila, dolga vsaj 200 metrov, saj je na morskih "cestah" veliko prostora in ni gneče.
Prav, pravite. Kaj pa obdobja umiritve, ko teden dni ni močnega vetra? No, zato v Evropi gradijo vetrne turbine na morju. Obstajajo "prehodi" čez morje, kjer skoraj ni miru. Na srečo Evropejcev so jim blizu in pogosto v plitvih vodah. Na primer, celotno Severno morje je precej plitvo, tako kot je mimogrede večina voda ob vzhodni obali ZDA. Poleg tega je bila letos naročena prva plavajoča vetrna elektrarna na svetu z desetimi megavati. Njene vetrnice so zasidrane, delovne globine zanje pa znašajo do 800 metrov. Celotna površina morja s tako globino je taka, da lahko večkrat zagotovi energijo celotnemu svetu. Izgube v visokonapetostnih enosmernih daljnovodih so zdaj padle pod 3 odstotke na tisoč kilometrov - to pomeni, da bo "morska" vetrna energija dosegla celo v notranjosti.
Hkrati se ne bi smelo idealizirati trajnosti vetrnih elektrarn. Da, lahko zagotavljajo energijo vse leto, pozimi pa bodo iste morske vetrnice dale več energije kot poleti - v pomoč bodo zimske nevihte. Vendar se ne morejo spoprijeti z jutranjo in večerno konico porabe - veter piha približno enako ob 19:00 in ob 03:00. Zato na Zahodu verjamejo, da bodo več odstotkov celotne letne proizvodnje še naprej zagotavljale "najvišje" plinske termoelektrarne. Hkrati bodo porabili veliko manj goriva kot danes, ko ni na voljo nobenih vetrnih turbin na morju. Vendar je treba spomniti, da bo na to težko čakati dolgo.
Danes vetrna energija proizvede več kot bilijon kilovatnih ur na leto - več kot celoten energetski sektor v Rusiji. In če proizvodnja električne energije pri nas od leta 1990 ne raste (zaradi približno enakega obsega industrijske proizvodnje), potem o vetrnih elektrarnah tega ne moremo trditi. Pred samo 10 leti niso dali niti desetine trenutne proizvodnje. Lahko samozavestno rečemo, da bodo čez deset let svetovne svetovne svetovne organizacije dale veliko več kot zdaj. Poleg tega večino vseh vetrnic trenutno gradi Kitajska in tam vedo, kako uvesti resnično množično proizvodnjo.
oditi z vetrom
Rusija se lahko pohvali z najbolj nepričakovano pirueto na poti človeštva do vetrne energije. Ko so bile zahodne vetrnice nepriljubljene, so bile pri nas v porastu. Ko so se začeli aktivno razvijati v svetu, so se v državi pojavile množice strokovnjakov iz energetske industrije, ki so poudarili: "Prostor za vetrne turbine v Evropi je končan." Res je, odkar smo to začeli govoriti, se je zmogljivost vetrnih elektrarn med Evropejci desetkrat povečala in še naprej narašča. Očitno jim mnenje naših strokovnjakov ni bilo posredovano.
No, leta 2016 smo si nenadoma spet premislili, tako rekoč smo se vrnili v Dorežnjev ZSSR. Rosatom je prvi rekel svojo tehtno besedo na državni ravni. Njegov namestnik generalnega direktorja Vjačeslav Peršukov je iskreno ugotovil: po izpolnitvi obstoječih naročil za gradnjo novih jedrskih elektrarn v tujini lahko Rosatom ostane brez tujih gradbenih projektov, saj se ta trg hitro krči. Jedrska proizvodnja zunaj Rusije resnično upada in možnosti za njen izhod ni na vidiku.
Glavni razlog je preprost: jedrska energija, ki jo gradi zahod, je draga. Energija ruskih jedrskih elektrarn je cenejša, vendar še vedno ne toliko kot pri novih zahodnih vetrnih elektrarnah. Da, če želite nadomestiti njihovo nedoslednost, potrebujete nekaj termoelektrarn na plin, vendar jih potrebujejo tudi jedrske elektrarne. Navsezadnje reaktor daje vedno enako moč in ljudje čez dan porabijo veliko več kot ponoči. Ob enaki ceni in enakih težavah zahodni kupec, ki je vedno pod pritiskom "zelenih", ne bo nikoli izbral jedrske proizvodnje.
Tu Peršukov tudi navaja: možnosti gradnje novih velikih jedrskih elektrarn v tujini so praktično izčrpane. »Na trgu jedrske tehnologije ne bi smeli zaslužiti. Vse. Drugače ne gre, «pravilno ugotovi.
Seveda, če neko desetletje najprej opustiš kakšen posel in ga nato prevzameš, ko tekmeci že imajo tehnologije, ki so bile v preteklih letih izdelane, potem ne bi smel takoj računati na vodstvene položaje. Zato je Rosatom sledil poti, ki jo je že premagal Peter I, in se začel učiti novega (ali bolje, starega, pri nas dobro pozabljenega) od Nizozemcev. Preko hčerinske družbe je ustanovil partnerstvo z Lagerweyjem. Do leta 2020 namerava državna družba zgraditi 26 majhnih vetrnih elektrarn s 610 megavati - v regiji Uljanovsk se bo začela leta 2018. Da, to je manj kot stotinka svetovnega letnega vložka, vendar se Rosatom uči od teh drobtin. Poleg tega naj bi leta 2020 proizvodnjo vetrnic v Rusiji lokalizirali za 65 odstotkov.
Pozneje bo težje, ko bo treba iti v velikem obsegu. Nemogoče je proizvesti vetrne turbine s skupno zmogljivostjo le stotine megavatov na leto z dobičkom. To je veliko podjetje, brez masovne proizvodnje ne bo nizke cene. Zato je treba razširiti tako gradnjo vetrnih turbin pri nas in vstopiti na svetovni trg. Vendar bo tukaj zelo težko tekmovati.
Velikani, kot je Vestas, so desetletja izpopolnjevali svoje tehnologije in gradili popolnoma edinstvene objekte. Na primer obrat za proizvodnjo več deset ton titanskih rezil, ki se nahaja na otoku posebej zato, da olajša izvoz tako težkega tovora za kopenske ceste. Kje bo Rosatom to zgradil in ali bo lahko sledil nenehno izboljševanemu trgu vetrnih turbin, je vprašanje, ki ni lahko.
V komentarju za KP je predstavnik Rosatoma Andrej Ivanov opozoril, da se je NovaWind, divizija Rosatoma, odgovorna za projekte v "novi energiji", dogovorila o ustanovitvi skupnega podjetja z Lagerwey - Red Wind BV, ki se bo ukvarjalo z lokalizacijo proizvodnje vetrnih turbin v Rusiji. in natančneje - v Volgodonsku, v bližini obstoječih objektov Rosatoma. Pri nas bodo gradili vetrne turbine z močjo 2,5 in 4,5 megavata. Skupaj bo Red Wind do leta 2022 dobavil 388 takšnih vetrnic, od katerih bo prvih 60 v Rusiji sestavljenih le iz komponent Lagerwey - in šele nato bodo na voljo "lokalne" vetrnice tako impresivnih dimenzij.
Z jedrsko elektrarno mu je bilo veliko lažje. Navsezadnje niso bili ustvarjeni le v ZSSR, ampak tudi pri nas niso nehali graditi in se izboljševati. Biti prvi v tem, v čem ste pionir, je veliko lažje kot tam, kjer se morate učiti od drugih. Upajmo, da bo državni velikan uspel, sploh ker ima dobre inženirske kadre.
Veter prihodnosti
Priznajmo si: vetrne turbine v prihodnjih desetletjih verjetno ne bodo postale glavni vir energije za človeštvo. Da, na Danskem že dobavljajo glavnino električne energije, v ZDA pa več kot le hidroelektrarne. Toda v državah, kjer je še veliko jasnih dni, se sončna energija zdaj razvija veliko hitreje kot veter. Cene električne energije, pridobljene z njeno pomočjo, padajo celo hitreje kot cene vetrnih elektrarn. Že v začetku leta 2020 bo v proizvodnji prehitel vetrne turbine in postal glavni ovn, ki uničuje energijo premoga in ogljikovodikov.
Toda za države s severnimi ozemlji ima veter lahko drugačno vlogo - glavni generator. V Rusiji se to verjetno ne bo zgodilo in ne samo zato, ker imamo južno od Samare veliko sonca. Še pomembneje pa je, da zaradi ogromne infrastrukture, ki je bila zanje zgrajena, ne moremo zapustiti niti jedrske niti plinske energije. Kljub temu bodo do leta 2030 vetrne turbine postale pogosti elementi ruskih pokrajin - tako kot zdaj v Nemčiji ali Veliki Britaniji.