Vėjo energetika ir jos plėtros perspektyva Lietuvoje - mokslasirtechnika.lt

Pastaruoju metu vėjo elektrinių (VE) statyba pasaulyje ir Europos Sąjungos šalyse žymiai suintensyvėjo. Per paskutinius penkerius metus jų statyba pasaulyje padvigubėjo ir 2009 m. įrengtų VE galia pasiekė 159 213 MW. Vien 2009 m. pastatytų VE galia padidėjo 38 312 MW, t. y. 31,7 %. Palyginimui Ignalinos atominės elektrinės vieno bloko galia siekė 1300 MW, kuris gamino 70 % Lietuvai reikalingos elektros energijos. Vėjo energetikos plėtros srityje pirmauja JAV, kurios įrengtų VE galia sudaro 35 159 MW, po to seka Vokietija – 25 777 MW, Ispanija – 19 149 MW, Kinija – 26 010 MW, Indija – 10 925 MW ir t. t. Iš mažųjų valstybių VE statybos srityje dominuoja Danija – 3 497 MW, Olandija – 2 240, Švedija – 1 579 MW. Iš Baltijos valstybių pirmauja Estija – 142 MW, toliau seka Lietuva – 91 MW ir Latvija –28 MW.

1 pav. Meteorologijos stočių vidutinio vėjo greičio matavimo duomenys Lietuvoje

Priežastys, stabdančios VE statybą Lietuvoje, yra techninės ir kai kurių institucijų pavėluotas dėmesys vėjo energetikai. Be to, Lietuva turi blogesnes gamtines sąlygas lyginant su Latvija ir Estija. Mat Lietuvos pajūrio zona yra labai trumpa (apie 90 km ilgio). Einant gilyn į žemyno pusę vėjo greitis ženkliai mažėja. Viena didžiausių techninių vėjo energetikos problemų, lyginant su tradiciniais elektros energijos gamybos būdais, yra VE galios priklausomybė nuo vėjo pastovumo. Dėl to VE galia negali būti garantuota tam tikru laiko momentu, todėl kyla daug problemų dėl elektros sistemos subalansavimo. Kaip rodo kitų šalių patirtis, VE galios prognozė yra vienintelė priemonė, leidžianti išspręsti problemas, kylančias dėl nuolatinių VE galios svyravimų. Šiuo metu Lietuvos energetikos instituto ir kitų šalies organizacijų mokslo darbuotojai kartu su Vokietijos, Švedijos, Lenkijos ir kitų šalių tyrėjais vykdo pagal tarptautinę programą „Pietų Baltijos kaimynystės bendradarbiavimo 2007–2010 m. programa“ projektą „Vėjo energetika Baltijos jūros regione 2“ (WEBSR 2), kur sprendžiama vėjo energetikos plėtros perspektyva visose Baltijos jūros regiono valstybėse.

Šiuolaikinės VE yra gana brangūs įrenginiai, todėl iškilo nemaža mokslinių-techninių problemų dėl VE naudojimo efektyvumo, darbo patikimumo, VE pagamintos energijos akumuliavimo ir kt. Todėl mokslo darbuotojai atlieka šiuos tyrimus: modernia matavimo aparatūra tiriamas vėjo parametrų kitimas, analizuojami vėjo srauto greičio kitimo dėsningumai, VE gaminamos energijos gamybos ypatumai ir kiti faktoriai, įtakojantys efektyvų VE darbą.

2 pav. Vidutinio vėjo greičio kitimas Klaipėdos regione (Giruliuose) 1995–2002 m.

Vėjo energijos išteklių Lietuvoje įvertinimui naudojami meteorologijos stočių matavimo duomenys, įvairių tyrimo centrų atlikti matavimai skirtinguose šalies regionuose. 1 pav. pateikti 19 meteorologijos stočių 1961–1990 m. vidutinio metinio vėjo greičio duomenys, išmatuoti 10 m aukštyje virš žemės paviršiaus, leidžia pakankamai tiksliai nustatyti vėjingiausias Lietuvos vietoves. Vidutinis metinis vėjo greitis skirtingose vietovėse keičiasi nežymiai, o jo nustatymo paklaida priklauso nuo stebėjimo trukmės. Esant 23–27 m. stebėjimo laikotarpiui, skaičiavimo paklaida siekia 0,08–0,20 m/s, o esant 33–34 m. – 0,07–0,15 m/s. Visa tai leidžia naudoti trumpesnes stebėjimų trukmes.

Lietuvos energetikos institute vėjo energetinių parametrų kitimo dėsningumų tyrimams naudojama vokiečių bendrovės „Ammonit“ vėjo greičio, vėjo srauto pulsavimo ir vėjo krypties matavimo įranga „Wicom-C“.Vėjo parametrų tyrimai atliekami 10, 30 ir 50 m aukštyje nuo žemės paviršiaus. Matavimo įranga vėjo parametrus galima fiksuoti kas 1 s, suintegruoti ir užrašyti atmintyje. Visa tai leidžia gana tiksliai nustatyti VE energijos išdirbį. Atlikti daugiamečiai vėjo greičio matavimai pajūrio zonoje. Klaipėdos rajone netoli Girulių rodo, kad 1995–2003 m. vidutinis metinis vėjo greitis lygus 6,4 m/s. Šis greitis įvairiais metais svyruoja iki 50 %, tačiau metinis kinta mažai. Mažiausias vėjo greitis yra vasarą, o didžiausias žiemą. Vyrauja vakarų, šiaurės-vakarų ir pietų-vakarų vėjo kryptys. Tai būdinga visais metų laikotarpiais.

1 lentelė. Pavienės didžiosios vėjo elektrinės, įrengtos Lietuvoje iki 2010 m. pradžios

Staigūs greičio ir krypties pokyčiai atsiranda dėl pastatų, medžių, uolų bei kitų kliūčių poveikio vėjo srautui. Atitrūkę nuo aptekamų kliūčių besisukantys oro sūkuriai įneša tam tikrą chaosą į vėjo kryptį ir greitį. Vėjo greičio svyravimas gali turėti didelę įtaką VE kai kurių elementų (VE rotoriaus ir kt.) darbui bei sumažinti jų eksploatavimo laiką. Be to, dėl vėjo greičio svyravimo labai sumažėja VE produktyvumas, o galingi sūkuriniai gūsiai gali sulaužyti VE rotoriaus mentes arba kitas konstrukcijos dalis.

Vietos parinkimas VE statybai yra labai atsakingas uždavinys, nuo kurio ženkliai priklauso VE darbo ekonomiškumas. Lietuvoje vėjo energetikai plėtoti palankiausios sąlygos yra maždaug 50 km pločio juosta prie jūros pakrantės. Taip pat būtų galima pastatyti keletą VE parkų jūroje, kadangi pajūrio regione sąlygos yra labai geros (vidutinis metinis vėjo greitis 10 m aukštyje viršija 5 m/s) arba geros (viršija 4 m/s). Likusioje šalies teritorijos dalyje VE darbo sąlygos yra tik patenkinamos. Tai rodo vėjo greičio matavimai meteorologijos stotyse, kuriose vėjo greitis nebūtinai yra maksimalus toje apylinkėje. Aplinkinėse vietovėse ant aukštesnių kalvų ar atvirose, neužstatytose vietovėse dažniausiai visada galima rasti VE statybai tinkamesnių vietų negu rodo meteorologijos stočių matavimo duomenys. Vidutinio metinio vėjo greičio pasiskirstymo žemėlapiai atspindi tik bendrus dėsningumus. Todėl vėjo greitį būtina išmatuoti konkrečiose pasirinktose VE statybos vietose.

Labai svarbu ir esamų aukštos įtampos tinklų artumas nuo VE įrengimo vietovės, kadangi pagamintą energiją būtina perduoti vartotojui. Aukštos įtampos tinklo tiesimas irgi yra labai brangus. Šiuolaikinės VE yra aušti įrenginiai, kurių rotoriaus ašis yra 60–120 m aukštyje ir dar aukščiau nuo žemės paviršiaus. Mat kuo aukščiau, tuo didesnis vėjo greitis: vėjo greitis 10 m aukštyje nuo žemės paviršiaus yra 4 m/s, o 100 m aukštyje 6,34 m/s. Kuo aukštesnis VE bokštas, tuo daugiau ji pagamins elektros energijos. Pavyzdžiui, vėjo greičiui padidėjus 2 kartus, elektros energijos gamyba padidėja 8 kartus. Taigi vietovėje, kur vėjo metinis vidutinis greitis 10 m nuo žemės paviršiaus didesnis negu 4,5 m/s, jau gali būti statomos VE.

2 lentelė. Lietuvoje įrengti vėjo elektrinių parkai

Įvertinus vėjo energijos išteklių pasiskirstymą mūsų šalies teritorijoje, prisijungimo prie tinklų galimybes bei aplinkosauginius reikalavimus, buvo parinktos optimalios teritorijos, kuriose ekonomiškai apsimoka statyti VE. Atlikus techninius ekonominius skaičiavimus, nustatyta, kad, nerekonstravus elektros tinklų, mūsų šalyje iki 2010 m. galima įrengti VE parkus, kurių galia siektų 200 MW, o metinė elektros energijos gamyba sudarytų 0,36 TWh.

Šiam siūlymui pritarė vyriausybė. Iš tyrimo rezultatų matyti, kad iki 2020 m., rekonstravus elektros tinklus, šią galią būtų galima padidinti iki 500 MW, o perspektyvinė metinė elektros energijos gamyba sudarytų 0,9 TWh. Šiuo metu jau pastatyta ir veikia pavienės didelės galios (didesnės kaip 250 kW) VE ir VE parkai įvairiose Lietuvos pajūrio regiono vietovėse (daugiausia Kretingos savivaldybėje). Lietuvoje populiariausios yra „ENERCON GmbH” (Vokietija) firmos 2 MW galios VE, kurios kelia mažą triukšmą ir yra patikimos. Be to, Laukžemės VE parke yra pastatytos „VESTAS Wind Systems A/S“ (Danija) įrenginiai. Taip pat statomos įvairių užsienio firmų mažos galios VE ir rekonstruotos senos, išmontuotos kitose šalyse, siekiant mažesnių investicijų, plėtojant vėjo energetiką.

Taip pat pastatytos kelios mažos galios VE (N£250 kW), kurių statybų nereglamentuoja šalies energetikos ūkio plėtros įstatymai, o jų statyba yra skatinama suteikiant prisijungimo prie elektros tinklų lengvatas ir statybos metu finansines dotacijas. Todėl mažos galios VE daugiausia stato pavieniai ūkininkai, mažos savivaldybės ir žemės ūkio bendrovės.

VE, kurių galia didesnė kaip 250 kW, galima statyti tik gavus LR Energetikos ministerijos leidimą, kadangi būtina užtikrinti elektros tinklų darbo patikimumą. AB „Lietuvos energija“ nustatė elektros perdavimo tinklų zonas, kuriose numatyta statyti didelės galios VE. Kiekvienoje zonoje numatyta suminė šių VE galia, jų prijungimo prie tinklų sąlygos. Didelės galios VE statybos įvairiose zonose skirstomos konkurso tvarka.

3 lentelė. Mažosios vėjo elektrinės, įrengtos Lietuvoje iki 2010 m. pradžios

Gaminamos energijos supirkimo kainą nustato Valstybinė kainų ir energetikos kontrolės komisija. Iki 2020 m. Lietuvoje nustatyta VE pagamintos energijos kaina 30 ct/kWh. Tai palyginti aukšta VE gaminamos energijos supirkimo kaina, leidžianti sutrumpinti VE statybos atsipirkimo laiką. Būtina atkreipti dėmesį į tai, kad VE įrengtos galios metinis panaudojimas nėra didelis. Vėjingiausiuose šalies regionuose (pajūryje) jis siekia apie 26 % visos įrengtos VE galios. O mažųjų VE panaudojama tik 15–20 % galios. Norint pagerinti VE įrengtos galios panaudojimą, būtina statyti aukštesnius VE bokštus. Šiuo metu didžiųjų VE atsipirkimo laikas pajūrio regione siekia 8–9 metus, o 1 kW įrengimo kaina yra apie 3500 lt. Lietuvoje statomos VE, kurių galia yra 0,6–2,7 MW. Kaip jau minėta, daugiausia pastatyta 2 MW galios VE, kurių įrengimo kaina yra apie 7 mln. lt. Kadangi VE darbo resursas yra 20 metų, investicijos į vėjo energetiką yra pelningos ir jomis domisi ir šalies, ir užsienio investuotojai. Todėl visame pasaulyje (taigi ir mūsų šalyje) vėjo energetikos verslas sparčiai plečiasi. Be to, didėja VE gaminamos energijos supirkimo kainos, nes viso pasaulio vyriausybės yra pasiryžusios sparčiai plėsti vėjo energetiką, kuriai nereikia iškastinio kuro, todėl galima apsirūpinti nuosavais energijos šaltiniais, padidinti darbo vietų skaičių ir ženkliai pagerinti aplinkosaugos sąlygas.

Aplinkosaugos problemų sprendimas irgi nesudaro rimtų problemų ir nepatogumų vietos gyventojams. Kartais pasigirsta nesutarimas su vietos bendruomenėmis. Tačiau supažindinus su VE darbu pasiekiamas tarpusavio supratimas. Taigi netolimoje ateityje vėjo energetikos plėtra prognozuojama ir mūsų šalyje, ir visame pasaulyje, netgi Rusijoje, turinčioje neišsenkamus iškastinio kuro išteklius.

Prof. habil. dr. Vladislovas Katinas