DOI 10.24412/2413-046Х-2021-10289

Оценка эффективности влияния ветряных электростанций на экономику

Assessment of the effectiveness of the impact of wind power plants on the economy

Сайфудинова Назиля Зарифовна, старший преподаватель, Казанский государственный энергетический университет, г.Казань

Снежинская Ева Сергеевна, Казанский государственный энергетический университет, г.Казань

Абдуллина Аида Радиковна, Казанский государственный энергетический университет, г.Казань

Барышев Константин Михайлович, Казанский государственный энергетический университет, г.Казань

Карымов Дамир Маратович, Казанский государственный энергетический университет, г.Казань           

Saifudinova N.Z., nazilya_sf@mail.ru

Snezhinskaya E.S., evasnezh@mail.ru

Abdullina A R., 77aida77@gmail.com

Baryshev K.M., k.m.baryshev@gmail.com

Karymov D.M., rere.hehe14@mail.ru

Аннотация. В статье приведена классификация ветроэлектростанций. Анализируются комбинированные и разнообразные социально-экономические воздействия, а также мнения заинтересованных сторон, связанные с развитием ветроэнергетики. Рассмотрена система моделирования оценки экономического воздействия – IMPLAN.

Summary. The article provides a classification of wind power plants.  The combined and diverse socio-economic impacts are analyzed, as well as the views of stakeholders related to the development of wind energy.  The system of modeling economic impact assessment – IMPLAN is considered.

Ключевые слова: ветроэлектростанция (ВЭС), альтернативные источники энергии, ветрогенератор, ветряная установка, энергия ветра.

Keywords: wind power plant (WPP), alternative energy sources, wind generator, wind farm, wind power.

На сегодняшний день энергетическая отрасль развивается достаточно уверенно, однако полное обеспечение электроэнергией всех отдаленных или труднодоступных районов пока не возможно. Это связано с множеством факторов, преодолеть которые в нынешних условиях слишком дорого или технически недостижимо.

Актуальность данной темы связана с тем, что все более пристальное внимание приходится обращать на альтернативные источники, которые  были бы способны удовлетворять потребностям остальных регионов без участия магистральных сетей.

Ветряная электроэнергетика,основанная на использовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, является одним из наиболее перспективных альтернатив источников энергии. Однако потребность в проведении исследования, связанного с недостаточным количеством знаний в области экономического влияния ветряных электростанций, определяет актуальность данной статьи.

Рассмотрим подробнее понятие ветроэлектростанции.

По мнению Бабанова А.Б., ветряные электростанции представляют собой станции, в рамках которых электричество производится за счет перемещающихся воздушных масс или, иначе говоря, ветра. [7]

Клочков Д.Е. даёт следующее определение: ветроэлектростанция-станция, которая они вырабатывает электроэнергию при воздействии ветра на лопасти, соединенные с валом генератора. [5]

По мнению Хорошко Д.И., ветроэлектростанция– несколько ВЭУ (ветроэлектроустановок), которые специализируются на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования. [6]

Таким образом, по нашему мнению, ВЭС- это устройство или группа устройств, принцип действия которых основан на преобразовании кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её превращением в электрическую энергию.

Ветроэлектростанции (ВЭС) используют энергию ветра для выработки электротока. Рассмотрим классификацию ветроэлектростанций. Она представлены на рисунке 1.

Рассмотрим подробнее каждый из приведенных выше типов ВЭС.

1) по размеру:

• крупные  состоят из множества ветрогенераторов, объединенных в единую сеть и питающих большие массивы — посёлки, города, регионы.
• маленькие ВЭС используются для удовлетворения энергопотребности небольших массивов из-за небольшой мощности.

2) по функциональности:

• мобильные размещаются на гибридном носителе, который использует для запуска электроэнергию преобразованную из энергии ветра.
• передвижные ветроэлектрические установки, содержащие подвижные платформы с размещенными на них ветроколесом с лопастями и генератором
• стационарные – несколько ветрогенераторов, собранных в одном, или нескольких местах.

3) по расположению:

• прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана.
• оффшорные – морские ветряные турбины, чье основание жестко крепится к морскому дну на небольшой глубине шельфовых зон морей
• наземные – самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.
• плавающие ветрогенераторы устанавливаются на плавающей платформе на участке моря глубиной более 100 метров

4) по типу конструкции:

• роторныеимеют вертикальную ось вращения и не зависят от направления ветра.
• крыльчатные называют ветродвигателями традиционной схемы, представляют собой лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Ветроагрегат вращается с максимальной скоростью, когда лопасти расположены перпендикулярно потоку воздуха. [5]

Наибольшее распространение в мире получили крыльчатные станции. Они имеют большую эффективность и способны производить достаточно большое количество электроэнергии, чтобы обеспечивать её потребителей в масштабах целой энергетической отрасли. При этом, распространение таких станций имеет специфическую конфигурацию и встречается не повсеместно.Однако несмотря на это, тенденция использования ветряных электростанций всё больше встречается на разных уровнях экономики различных стран мира.

На национальном и международном уровнях предпринимаются все более активные усилия по продвижению возобновляемых источников энергии в ответ на осознание ограниченного предложения ископаемого топлива, для удовлетворения растущего спроса на энергию и уменьшения вредного воздействия на окружающую среду от использования ископаемого топлива. Для решения этих проблем были проведены многочисленные исследования воздействия на местные сообщества. Однако эти исследования обычно сосредоточены либо на экономических, либо на социальных аспектах развития ветряных электростанций. 

Ветряные электростанции по-разному влияют на местную экономику. Они обеспечивают как краткосрочную, так и долгосрочную занятость на разных этапах развития.Местная экономика выиграет больше всего, если местное сообщество сможет предоставить широкий спектр товаров и услуг, которые можно будет использовать во время строительства ветряных электростанций. Степень, в которой местная экономика предлагает товары и услуги, будет определять, насколько значительным будет окончательное воздействие на местную экономику. Местная собственность также может сыграть важную роль в общем воздействии развития ветряной электростанции. Развитие ветроэнергетического сектора часто упоминается как способ поддержки сельской экономики. [2]

Существует модель, которая позволяет оценить влияние ветряных электростанций на экономику страны в целом. Данная модель состоит из трёх этапов:

1) составление экономической модели по системе IMPLAN.

2) расчёт индекса экономического развития JEDI.

3) опрос населения с целью получения информации касательно влияния ветроэлектростанций на экономические аспекты жизни людей.

Рассмотрим подробнее каждый из этапов:

1. IMPLAN – это система моделирования оценки экономического воздействия, которую можно использовать на многих различных географических уровнях.

IMPLAN представляет собой модель затрат-выпуска, которая использует мультипликаторы для количественной оценки взаимодействий между отраслями. Каждая отрасль или сфера деятельности в экономике (например, сельское хозяйство, горнодобывающая промышленность, производство и строительство) отнесены к определенному сектору (например, зерноводство и плодоводство отнесены к сельскому хозяйству; строительство двигателей и генераторов отнесено к электрическому оборудованию) в пределах экономики. Учет затрат-выпуска описывает потоки товаров от производителя к промежуточным и конечным потребителям. Общие отраслевые закупки, включая, например, услуги, компенсацию занятости и импорт, равны объему производимых товаров. Этот цикл покупки товаров и услуг (непрямые покупки) продолжается до тех пор, пока утечка из региона не остановит цикл. Аддитивные особенности этих косвенных и индуцированных эффектов объединены в модели через обратную матрицу Леонтьева. Значения в обратной матрице Леонтьева представляют общие прямые и косвенные потребности любой отрасли, поставляемой другими отраслями в регионе, чтобы эта отрасль могла обеспечить конечный спрос продукции на 1 доллар США. 

Для этого исследования демографические данные и данные по мультипликаторам были импортированы в IMPLAN, чтобы начать разработку модели. IMPLAN включает 528 секторов экономики, а ветроэнергетика входит в сектор электрических услуг. Энергия ветра составляет очень небольшой процент в этом секторе. Чтобы компенсировать это, была разработана подмодель IMPLAN, специфичная для ветроэнергетики, JEDI. [1]

2. JEDI широко используется при моделировании воздействия энергии ветра. Например, Слэттери и др. в 2011 году использовали JEDI для исследования ветряных электростанций мощностью более 1300 МВт в Техасе. Результаты показали увеличение более чем на 4000 рабочих мест в эквиваленте полной занятости и общее влияние на площадь этих ветряных электростанций за срок службы почти на 2 миллиарда долларов США.

Несколько переменных, таких как размер проекта, местоположение, финансовые условия и местные экономические факторы, влияют на строительные и эксплуатационные расходы. Количество доступных местных ресурсов может значительно повлиять на затраты и экономические последствия для местного региона.

Экономический анализ состоит из попыток охарактеризовать влияние ветряной электростанции и сосредоточен на результатах комбинированного моделирования IMPLAN и JEDI. В таблицах  1 и 2 представлены результаты работы JEDI. Для этого анализа стоимость строительства в долларах за киловатт (долл. США / кВт) и годовые затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (долл. США / кВт) являются областями, в которых модель показывает чувствительность к изменениям.

Анализируя полученные данные, можно сделать выводы о том, что после ввода в эксплуатацию ветряная электростанция поддерживает около 19 рабочих мест непосредственно на ветряной электростанции, включая технических специалистов и руководство. По оценкам модели, совокупное прямое и индуцированное воздействие ежегодно составляет более 25 миллионов долларов США. [3]

3. Моделирование IMPLAN и JEDI предоставляет полезную информацию как часть исследования экономического воздействия. Однако, чтобы попытаться представить более полную картину воздействия ветряной электростанции, также были использованы качественные методы, а также был проведен опрос людей, ответственных за ветряные электростанции. В этих опросах была сделана попытка охватить важные аспекты развития ветряных электростанций государственными и выборными должностными лицами, а также представителями местных сообществ. Респондентам был задан ряд вопросов относительно их понимания ветровой энергии, а также вопрос о том, считают ли они, что строительство повлияло на налоги на недвижимость или помогло им. Опросыраздавались в случайно выбранных местах и ​​в любое время, чтобы убедиться, что выборка была как можно более репрезентативной для населения.

Одной из проблем, вызывающих беспокойство, было то, снижает ли ветряные электростанции стоимость собственности. Противники утверждают, что стоимость собственности падает, когда происходит процесс строительства ветряной электростанции, однако нет никаких документальных свидетельств того, что это правда. Люди считают, что стоимость их собственности снизилась после строительства ветряной электростанции. В следующей части опроса респондентов спросили о том, насколько хорошо государство продвигает возобновляемые источники энергии и получили ли они лично пользу от развития ветряной электростанции. Когда участников спросили, положительно ли они относятся к ветроэнергетике, 85% ответили утвердительно и менее 5% сказали, что они относятся отрицательно. Примерно столько же, 85%, считают, что государство должно делать больше для развития ветра и других форм возобновляемой энергии. Менее 20% участников считают, что государство адекватно продвигает возобновляемые источники энергии. Одним из важных выводов этого исследования было то, что когда участников спросили, считают ли они, что их сообщество отличается от другого сообщества аналогичного размера из-за ветряной электростанции, более 70% ответили утвердительно. Этот вопрос интересен тем, что предыдущие исследования были неоднозначными о влиянии ветряной электростанции на восприятие местности местными жителями. Такие проблемы, как негативная точка зрения, связанная с визуальной эстетикой, здесь, похоже, не присутствуют, что является еще одним свидетельством общей широкой поддержки проекта обществом. [4]

Общей целью было оценить экономическое влияние развития ветряных электростанций с помощью комплексного подхода. Первые два этапа заключались в использовании экономической модели затрат-выпуска. Результаты модели показывают, чтово время строительства ветряной электростанциипроисходит существенный экономический эффект. Влияние, оцененное с помощью модели, показывает как краткосрочные, так и годовые экономические последствия в миллионах долларов. Самый важный вывод, который следует сделать из экономического моделирования, заключается в том, что расходы на строительство можно проследить до двух важных переменных. Эти переменные – это размер проекта и количество товаров и услуг, закупленных на месте.

Экономическое моделирование дает количественное описание экономического воздействия. Однако любое исследование, относящееся к определенной области или региону, также требует прямых опросов непосредственно населения, а также людей, связанных с деятельностью ветроэлектростанций. 

Список литературы

1. Righter R. W. Wind energy in America: A history. – University of Oklahoma Press, 1996.
2. DeCarolis J. F., Keith D. W. The economics of large-scale wind power in a carbon constrained world //Energy Policy. – 2006. – Т. 34. – №. 4. – С. 395-410.
3. Schiermeier Q. et al. Energy alternatives: Electricity without carbon //Nature News. – 2008. – Т. 454. – №. 7206. – С. 816-823.
4. Phimister E., Roberts D. The role of ownership in determining the rural economic benefits of on-shore wind farms //Journal of Agricultural Economics. – 2012. – Т. 63. – №. 2. – С. 331-360.
5. Касатов А. Д., Клюев В. В. Возобновляемые источники энергии. – 2019.
6. Чернышев А. С., Мордивинов С. Е. Обзор возобновляемых источников энергии //Юность и знания-гарантия успеха-2019. – 2019. – С. 146-149.
7. Орлов Е. В., Еремеев А. В. Зеленая энергетика. Перспектива использования ветряных электростанций в мире //Техника и технологии мира. – 2015. – №. 6. – С. 39-42.