Экономическая оценка использования энергии ветра применительно к энергосистемам состоит в сравнении общей стоимости ветрогенератора для энергосистем с суммарной денежной экономией, получаемой в результате замещения энергии тепловых электростанций. При оценке эффективности ветровой энергии требуется, чтобы кроме определения денежной экономии, получаемой вследствие уменьшения потребления топлива, была также подсчитана дополнительная экономия, которая может быть достигнута в результате изменения затрат на приобретение генерирующего оборудования тепловых электростанций.
Закупка энергосистемой ветрогенераторов может повлиять также и на изменение типа тепловых генерирующих установок, которые должны были бы быть приобретены в варианте без ветрогенераторов, и привести за счет этого к экономии части денежных средств, предусмотренных на эти цели. Эта особенность, также связанная с экономией, увеличивает ценность использования энергии ветра для энергосистемы по сравнению с уровнем, подсчитанным исходя только из сокращения расхода топлива.
При анализе экономических показателей использования энергии ветра в энергосистемах требуется рассмотрение различных вопросов, таких, как выбор строительных площадок и проектирование ветрогенераторов, которые являются общими для экономики всех направлений использования энергии ветра. Наряду с этим должны быть рас смотрены такие специфические для энергосистем факторы, как требования к надежности энергоснабжения, суточные и сезонные изменения нагрузки, приобретение и планирование работы различных генерирующих установок с учетом их маневренности. Кажущиеся очевидными заключения относительно того, как ветрогенераторы должны использоваться энергосистемами (например, использование аккумулирующей системы в сочетании с ветроустановками или замещение энергией ветрогенераторов наиболее дорогостоящих видов сжигаемого топлива) могут в результате более глубокого и всестороннего анализа оказаться ошибочными. Сложность задачи состоит в приспособлении аналитических методов расчета энергосистем с ТЭС для исследования вопросов использования ВЭС. Методы, применяемые при определении потребности в тепловом генерирующем оборудовании, т. е. при планировании необходимых закупок нового оборудования и расчете их режимов работы, предполагают, что электростанции регулярно участвуют в покрытии суточных, недельных и сезонных графиков нагрузок, а также что для покрытия нагрузок энергосистемы используют мощности всех генерирующих установок, за исключением тех, которые находятся в вынужденном простое.
Исключение из этих положений составляют ГЭС, не имеющие водохранилищ и работающие без регулирования речного стока, мощность которых может изменяться в результате выпадения осадков. Однако мощность таких ГЭС не изменяется с такой скоростью и так часто, как может изменяться мощность ВЭС. К тому же суммарная мощность ГЭС, работающих по водотоку, составляет обычно малую долю суммарной мощности энергосистемы. ВЭС резко отличаются от обычных электростанций тем, что для них характерны значительные и частые колебания мощности.
Традиционные аналитические методы, применяемые в расчетах энергосистем, основываются, как уже отмечалось выше, на регулярности графиков нагрузок тепловых генерирующих установок, и определение режимов их работы осуществляется с помощью упрощенных приемов, например такого приема как использование кривых продолжительности суммарных нагрузок за месяц и год. Эти приемы не рассматривают режим работы энергосистемы в хронологической последовательности. Такие методы не могут быть непосредственно использованы для анализа возможной роли вэтроэлектростанций в энергосистеме. Они должны быть дополнены анализом, который с достаточной строгостью учитывал бы закономерности в изменении скорости ветра, или должны быть использованы приемы, которые рассматривают режимы совместной работы ТЭС и ВЭС в хронологической последовательности. Эти приемы обладают тем достоинством, что они наглядны, однако и их практическое использование затруднительно.
Гарантированная мощность
Хотя термин «гарантированная мощность»1 не имеет четкого определения в работах по энергетике, но употребляется при анализе использования электрической энергии, получаемой за счет преобразования энергии ветра и Солнца, чтобы подчеркнуть особую значимость мощности ТЭС, которая замещается мощностью установок, использующих эти нерегулярные источники энергии.
1 В оригинале используется термин «capacity credit». Имеется в виду некоторая часть мощности ВЭС, способная вытеснять мощность других электростанций энергосистемы.
Часто принимается, что гарантированная мощность ветрогенератора равна нулю, т. е. что энергия ветра является настолько ненадежной, что при любых методах и способах ее практического использования не уменьшается потребность в мощности ТЭС.
Энергия, получаемая путем преобразования энергии ветра, служит в качестве «средства экономии топлива», так что ее значимость для энергосистемы оценивается только количеством топлива, которое удается сэкономить за счет использования энергии ветра. В этом случае экономическая эффективность применения ВЭУ определяется стоимостью сэкономленного топлива.
Следует отметить, что понятия «гарантированная мощность» и «средство экономии топлива» основаны на очень упрощенном взгляде на работу энергосистем. При этом не учитывается сложность энергосистем из-за разнообразия энергоустановок, каждая из которых характеризуется различным сочетанием показателей надежности, инерционности тепловой части, эффективности. Наиболее важно, что в предположении об «отсутствии гарантированной мощности» не учитывается тот факт, что для энергосистем при сохранении одинаковой суммарной мощности ТЭС возможна экономия значительных денежных средств за счет уменьшения капитальных вложений путем закупки пиковых энергоустановок, для которых характерны относительно низкая стоимость и высокие эксплуатационные издержки, вместо более дорогих базисных энергоустановок с низкими эксплуатационными издержками. Такое изменение в структуре оборудования, связанное с закупкой ветрогенераторов, имеет смысл в том случае, если будет установлено, что пиковые установки смогут быть использованы главным образом для обеспечения требуемого уровня системной надежности при сжигании относительно малого количества топлива. В этом варианте при предположении, что для ВЭУ принято «отсутствие гарантированной мощности», суммарная стоимость ветрогенераторов должна быть компенсирована некоторой комбинацией экономии топлива и капитальных вложений.
Прямая связь между гарантированной мощностью и экономикой энергосистемы отсутствует, а именно экономика в конечном счете представляет наибольший интерес. Понятие «гарантированная мощность» недостаточно точное. Его использование представляет собой попытку с помощью одного показателя оценить эффективность ВЭС для любых энергосистем, тогда как в действительности им свойственны многообразные характеристики, которые являются специфическими для каждой конкретной энергосистемы.
В связи с тем, что энергосистемы в США обычно являются частными и владельцы сами планируют закупки генерирующих установок различного типа, замена ВЭУ тепловых установок обычно вызывает вообще изменение в закупках или отказ от приобретения некоторых типов тепловых установок.
Вследствие различия в надежности различных генерирующих установок одни установки не могут быть заменены другими из расчета киловатт на киловатт с сохранением постоянного уровня надежности энергосистем. Таким образом, гипотетическая гарантированная мощность — непосредственное уменьшение общей тепловой мощности вследствие использования энергии ветра — будет различной при переходе от одной энергосистемы к другой в зависимости от исходного существующего оборудования и плана закупок нового оборудования, которые должны последовать в варианте, не предусматривающем использование ВЭС.
Расчеты экономической эффективности использования энергии ветра, основанные на характеристиках изменения его скорости, структуры стоимости тепловых энергоустановок и принятого уровня надежности, связанных со спецификой конкретной энергосистемы, обеспечивают непосредственную многофакторную оценку конкурентоспособности ветроэнергетики. Использование понятия «гарантированная мощность» является как бы завуалированным обходом этого центрального вопроса.
