Инвесторы и защитники окружающей среды были сбиты с толку в октябре 2019 года, когда Orsted, крупнейший разработчик оффшорных ветряных электростанций, сообщил, что ветряные электростанции компании производят меньше электроэнергии, чем ожидалось. Это заявление привело к падению стоимости акций компании на 7%, и Orsted - описывая «общеотраслевую» проблему, а не конкретный просчет компании - предположила, что ветроэнергетика не может стать панацеей для энергетического перехода.
Пересмотр производственных оценок Orsted связан с двумя явлениями: эффектом блокировки и эффектом следа («теневого» эффекта - аэродинамического следа работы соседнего ветрогенератора). Хотя об этих эффектах уже было известно, заявление Orsted показало, что текущие методы моделирования не совсем точно отражают степень их влияния на производство энергии ветра, что стало потенциально дорогостоящей ошибкой.
Объяснение «эффектов блокировки и следа».
Блокировку и след описывают как два взаимосвязанных явления. Проще говоря, эффект блокировки - это склонность ветра замедляться по мере приближения к блокирующему объекту - в данном случае ветряной турбине. Это означает, что ветер проходит через отдельную турбину с меньшей скоростью, что влияет на количество энергии, производимой этой турбиной. Для каждой отдельной турбины существует индивидуальный эффект блокировки, а также глобальный эффект, превышающий сумму отдельных блокировок.
В то же время под следом понимается замедление ветра после прохождения через турбину, что влияет на далее расположенные турбины и даже на ветряные электростанции на больших расстояниях.
«По мере того, как глобальное развитие оффшорных ветроэнергетических установок ускоряется, влияние ближайших ветряных электростанций будет более заметно», - предупреждал Orsted в 2019 году.
Масштаб таких эффектов зависит от нескольких факторов, поэтому прямое воздействие на существующие ветряные электростанции в количественном выражении трудно оценить. Ветряные компании переоценивали объемы производства из-за недооценки воздействия блокировки и следа для их ветропарков, но характеристики турбин, расположение ветряных электростанций, а также атмосферные условия на конкретном участке - все это определяет уровень последствий».
Как эффекты «блокировки и следа» влияют на ветряные электростанции?
Норвежский энергетический консультативный и сертификационный орган DNV GL опубликовал в июне 2018 года документ, в котором впервые обращалось внимание на недооценку эффектов «блокировки и следа», что и послужило толчком для переоценки Orsted своего моделирования. В документе показано, что эффекты блокировки являются более выраженными, чем предполагалось, и что вопреки предположениям затрагиваются также и турбины первого ряда, которые производят меньше энергии, чем могли бы производить по отдельности.
Принимая во внимание ряд факторов, которые могут усугубить или смягчить влияние «блокировки и следа» на уровень генерации, DNV GL предупреждает, что эти ранее неучтенные эффекты могут достигать 4% от среднегодовой выработки энергии.
«Это оказывает влияние на уже существующие ветряные электростанции, потому что использовались допущения, основанные на эффектах «блокировки и следа», при проектировании этих ветряных электростанций», - говорит Мартин Андерсон, глава отдела возобновляемых источников энергии Aurora Energy Research. «В случае недооценки этих эффектов существует риск того, что не будет произведено столько энергии, сколько ожидалось. И это, следовательно, влияет на то, сколько денег они заработают в последующие годы. [Ветряные электростанции], которые уже работают - они не отключатся, потому что не производят достаточно энергии ветра».
Оценка DNV GL о том, что модели, используемые для оценки производства энергии ветряными электростанциями, вероятно, содержат «завышенные ожидания», состоит в том, что лучшее понимание эффектов «блокировки и следа», приведет к более эффективным конструкциям ветряных электростанций.
Существующие проекты в любом случае учитывают фактор неопределенности - жизнеспособность ветряной энергии основана на моделировании, а объем производства может колебаться в пределах заданного диапазона.
Orsted отмечает, что исторические производственные показатели компании отражают расхождение между оценкой и реальностью из-за эффектов «блокировки и пробуждения», но эти эффекты были учтены при более широком анализе отклонений. Будущие проекты выиграют от более глубокого понимания этих явлений с помощью программного обеспечения моделирования, которое позволит создавать более эффективные ветряные станции.
Как это повлияет на новую цель Великобритании в отношении морского ветра?
В октябре 2020 года премьер-министр Борис Джонсон повысил существующую цель с 30 ГВт до 40 ГВт оффшорной ветроэнергетики к 2030 году. У Великобритании уже есть 10 ГВт на побережье, а еще 10 ГВт мощностей получили государственную поддержку и будут введены в эксплуатацию в ближайшее десятилетие.
Проекты обычно занимают около пяти лет с момента заключения контракта на разницу цен (CfD) до ввода в эксплуатацию, а это означает, что «следующий аукцион в конце 2021 года начнет поставлять мощность только в 2026 году». Анализ Aurora Energy Research предполагает, что для достижения поставленной цели потребуется ввод более 4 ГВт в год, начиная с 2025 года, что в два раза превышает ранее достигнутый максимум.
Это те награды CfD, где Великобритания может добиться прогресса в достижении своей цели. Схема CfD - это правительственный механизм Великобритании для поддержки проектов по производству электроэнергии из возобновляемых источников. Схема существует для стимулирования инвестиций путем защиты девелоперов от волатильности оптовых цен. CfD гарантирует фиксированную цену на электроэнергию, производимую в рамках проекта.
Андерсон объясняет: «CfD - это субсидированный платеж, который вы получаете в Великобритании. На данный момент это 15-летний контракт, который дает фиксированную цену на 15 лет. Если вы будете производить меньше, то вам нужно будет получать больше денег за электричество, которое вы производите. Так что, когда в конце этого года состоятся следующие аукционы, это потенциально немного повысит страйк-цены и окажет влияние на то, где эти участники участвуют в торгах со своими проектами».
Снижение затрат защищает от «блокировки и следа».
Однако оффшорные ветроэнергетические проекты становятся дешевле, и это может стать защитой от более высокой производственной мощности. По словам Андерсона, проблемы блокировки и следа при производстве не должны иметь слишком большого влияния на достижение 40 ГВт.
Он говорит: «Несмотря на то, что разница в общем доходе составляет 1-2%, эти проекты по-прежнему обходятся дешевле, чем были. В последние несколько лет мы видели, как стоимость морского ветра резко снизилась с примерно 150 фунтов стерлингов за МВт-ч до примерно 45 фунтов стерлингов за МВт-ч. Это означает, что правительство по-прежнему будет поддерживать эти проекты».
Без учета 2020 года, когда пандемия оказала влияние на отрасль, низкие средние цены, означают, что эти контракты обходятся правительству «не много с точки зрения субсидий».
Улучшение моделирования и понимания.
Со времени публикации статьи DNV GL и последующего пересмотра оценок была проделана большая работа по улучшению моделирования и понимания эффектов и того, как они влияют на производство энергии ветра.
Люк Кларк(Luke Clark), директор по стратегическим коммуникациям торговой ассоциации RenewableUK, говорит: «В отрасли оффшорной ветроэнергетики был проведен огромный объем работы по анализу «эффектов блокировки и следа» и это привело к изменениям в планировке ветряных электростанций, чтобы минимизировать эти эффекты и максимизировать производство.
Разработчики понимают, что нагрузка на разных объектах и в разное время отличается.
Отрасль уже использует более крупные турбины, которые будут способствовать росту в течение следующих десяти лет, так что к 2030 году оффшорный ветер будет удовлетворять более трети потребностей Великобритании в электроэнергии».
Понимание отраслью эффектов «блокировки и следа» будет только расти, и Андерсон считает, что решение этих проблем подчеркивает «зрелость» отрасли: «Сейчас мы приближаемся к тому моменту, когда затраты за последние несколько лет так сильно сократились и подобные расчеты начинают оказывать большее влияние на общую картину развития бизнеса. На самом деле, все сводится к уточненным расчетам и более точным оценкам того, какое влияние они окажут, чтобы проекты не пострадали в будущем. Я полагаю, что риск состоит в том, что, если не принять это во внимание сейчас, то через несколько лет, вам придется вернуться к этому. Это просто показывает зрелость отрасли, готовность отрасли к долгосрочной работе, а не просто к завершению проектов».