Вітроенергетика у світі

Вітроенергетика у світі

Енергія вітру розглядається фахівцями як одне з найбільш перспективних джерел енергії, здатне замінити традиційні джерела. Запаси енергії вітру більш ніж у сто разів перевищують запаси гідроенергії усіх річок планети.

У 80-ті рр. XX ст. вартість 1 кВт год вітрової енергії знизилася на 70 % і на початок XXI ст. становила 6—8 центів, що робить її конкурентоспроможною відносно енергії, яку одержують на нових теплових електростанціях, де спалюють вугілля. Фахівці переконані, що вітряні турбіни незабаром будуть удосконалені й стануть ефективними для використання на різних рівнях виробництва енергії, про що свідчать розроблені різними країнами світу вітроенергетичні програми.

Так, урядом Канади встановлено мету — до 2015 року одержувати 10 % електроенергії з вітряних установок. Німеччина планує до 2020 року виробляти 20 % електроенергії за допомогою вітру. Європейським Союзом установлено мету: до кінця 2010 року встановити 40 000 МВт вітрогенераторів. В Іспанії до 2011 року буде встановлено 20 000 МВт вітрогенераторів. У Китаї прийнято Національний план розвитку, згідно з яким планується, що встановлені вітроенергетичні потужності Китаю мають збільшитися до 5000 МВт до 2010 року й до 30 000 МВт — до 2020 року. Індія до 2012 року збільшить свої вітрові потужності в чотири рази порівняно з 2005 роком: до 2012 року буде збудовано 12 000 МВт нових вітряних електростанцій. Нова Зеландія планує виробляти за допомогою вітряних енергоустановок 20 % електроенергії; Велика Британія — 10 % електроенергії до 2010 року; Єгипет до кінця 2010 року має встановити 850 МВт нових вітрогенераторів.

Хоча приземні вітри дмуть не постійно, змінюють свій напрямок, а їхня сила змінна, вітродвигун є однією з найдавніших машин для одержання енергії з природних джерел. Через сумнівну надійність давніх писемних повідомлень про вітродвигуни не цілком зрозуміло, коли й де такі машини з'явилися вперше, але, судячи з деяких записів, вони існували вже в VII ст. н. є. Відомо, що перси в X ст. за допомогою вітряків мололи зерно, причому їхні вітряки оберталися на вертикальній осі. У Західній Європі перші вітряки з'явилися наприкінці XII ст. Упродовж XVI ст. остаточно сформувався шатровий тип голландського вітряного млина, причому голландці використовували їх не лише для перемелювання зерна, але й для відкачування води з обвалованих понижень ландшафту, на яких вони вирощували сільськогосподарські культури. Лопаті голландських вітряків у той час сягали в довжину 12 метрів. У Голландії чимало вітряків, яким нині понад 500 років, перебуває в робочому стані. Такі млини є і в Англії. Особливих змін у їхній конструкції не спостерігалося аж до початку XX ст., коли в результаті досліджень були значно вдосконалені форми й покриття крил млинів. Оскільки низькообертові машини громіздкі, у другій половині XX ст. почали створювати високообертові вітродвигуни, тобто такі вітроколеса, які можуть робити велику кількість обертів на хвилину з високим коефіцієнтом використання енергії вітру за рахунок інерційності обертання.

До 2006 року сумарні потужності вітрової енергетики зросли в усьому світі до 73 904 МВт. Переважна частина встановлених потужностей (69 % на 2005 рік) сконцентрована в Європі. Країни Єв-росоюзу у 2005 році виробляють на вітряних енергоустановках близько 3 % споживаної електроенергії. У 2006 році вітряні електростанції Німеччини виробили 30,6 млрд кВттод електроенергії, що становить 7 % від енергії, виробленої в Німеччині загалом. Близько 20 % електроенергії в Данії виробляється за допомогою вітру. Індія у 2005 році одержує з енергоустановок близько 3 % загальної електроенергії. У 2007 р. в СІНА з допомогою вітру було вироблено 34 млрд кВттод електроенергії, що становить понад 1 % від загальної електроенергії, виробленої в СІНА за 2007 р.

Альтернативна енергетика в Україні

Серед усіх видів альтернативної енергетики більш-менш сформованою галуззю на даний час є тільки вітроенергетика. Тому розглянемо більш детально її розвиток.

Вітроенергетика в Україні. На початку XX ст. в Росії було понад 200 тисяч вітряків, на яких одержували близько 95 % борошна. Десятки тисяч із них функціонували в Україні. Але далі прямого перетворення однієї механічної енергії на іншу справа так і не пішла.

Перша у світі вітроелектростанція була споруджена в Криму в 1931 році та пропрацювала до 1941 р. її потужність становила 110 кВт. Водночас широко використовувалися невеликі вітроагрегати потужністю до кількох кіловатів. Річне виробництво вітроагрегатів потужністю до 5 кВт на Херсонському заводі сільськогосподарських машин досягало 2 тисяч на рік. Узагалі ж у 30-ті роки XX ст. розвитку вітроенергетики в Радянському Союзі приділялася значна увага: досліджувалися й розроблялися нові типи вітродвигунів, складався кадастр вітрових ресурсів СРСР. Але уже в 40-ві роки навчилися використовувати атомну енергію, в 1954 році під Москвою була побудована перша у світі атомна електростанція, і в цій ейфорії нових можливостей про використання енергії вітру забули на 40 років.

Наприкінці 80-х років, в умовах наслідків Чорнобильської катастрофи, зростання енергетичної кризи, підвищення статусу вітроенергетики у світі як екологічно чистого джерела енергії, у Радянському Союзі відновили роботи над створенням ефективних вітродвигунів потужністю ЗО, 60, 100, 250, 1000 і навіть 1500 кВт. У 1986 році під Києвом було збудовано першу експериментальну ВЕС потужністю 160 кВт. У 90-ті роки планувалося будівництво низки вітроенергетичних станцій: поблизу Ленінграда (25 МВт), у Казахстані (15 МВт), Криму (12,5 МВт), Дагестані (6-МВт), однак після розвалу СР.СР ці плани не були реалізовані.

Незалежна Україна швидко усвідомила, що таке енергетична криза, імпортуючи 78 % необхідного природного газу й 87 % нафти з Росії, яка підвищила на них ціни. Платежі за енергоносії стали головним болем національної економіки, тому що вони склали 50 % вартості українського імпорту. Замість курсу на альтернативну енергетику й енергозбереження шляхом придбання й розвитку високих технологій країна пішла шляхом згортання енергомістких виробництв, а енергогенерувальні фірми пішли шляхом придбання технологічного "секонд хенду", посиливши критичний стан економіки. Була реабілітована атомна енергетика як найдешевша за прямими витратами на виробництво енергії, незважаючи на те що непрямі щорічні витрати держави на атомну енергетику (на Чорнобильську проблему) становили 700 млн дол. У 1993 році було скасовано мораторій на будівництво нових атомних потужностей. Указом Президента 1994 року передбачалося впровадження через два-три роки нових потужностей АЕС. Але західні країни як головні кредитори країни виступили проти такого напряму розвитку енергетичного комплексу України й указали на свій досвід розв'язання енергетичних криз за допомогою реструктуризації енергомістких виробництв, використання енергозберігаючих технологій, ефективного застосування інструментів інвестиційної, податкової і тарифної політики, а також розвитку енергетики на поновлюваних джерелах енергії. Так і не добудувавши нові атомні потужності, але закривши Чорнобильську АЕС, Україна поставила себе в ще більш складне становище і лише частково скористалася запропонованою схемою реструктуризації енергетики.

У1993 році в Криму в районі затоки Донузлав було введено в експлуатацію вітроелектростанцію, що використовує вітроагрегати 118^-56-100 потужністю 100 кВт, які складаються за американською ліцензією. У середині 2001 року став до ладу 101 вітроагрегат загальною потужністю 10,9 МВт. За добу електростанція виробляє від 10 до 100 тис. кВттод залежно від природних умов. Експлуатація цих вітроагрегатів виявилася неприйнятною. Під час будівництва електростанції з'ясувалося, що вітропотенціал території був значно завищений: електростанція виробляє значно менше електричної енергії, ніж очікувалося. І почасти з цієї причини реальна собівартість електроенергії на Донузлавській ВЕС у 2,5-3 рази перевищила розрахункову (хоча те саме спостерігається загалом і за кордоном).

Сьогодні в Україні працюють Аджигольська, Асканієвська, Донузлавська, Новоазовська, Сакська, Трускавецька ВЕС із уведеною в дію загальною потужністю 24 МВт. Вітроенергетика є складовою частиною Національної енергетичної програми України. Згідно з Указом Президента від 1996 року в Україні діє Комплексна програма будівництва вітряних електростанцій. Метою програми є виробництво вітроагрегатів і будівництво промислових ВЕС у складі електроенергетичних систем. Відповідно до цієї програми до 2010 року було передбачене будівництво ВЕС сумарною встановленою потужністю 1990 МВт і досягнення при цьому виробництва електроенергії близько 5,3 млрд кВттод щорічно, що дозволило б заощаджувати майже 2 млн т умовного палива на рік.

З метою стимулювання розвитку вітроенергетики Верховна Рада України 8 червня 2000 року прийняла Закон України "Про зміни в деяких Законах України щодо стимулювання розвитку вітроенергетики". Внесено зміни до Закону України "Про електроенергетику", на основі чого формуються спеціальні кошти як відрахування від тарифу на електроенергію в розмірі 0,75 %, що становить близько 20 млн дол. на рік.

Крім вітроенергетики, альтернативної енергетики як сформованої галузі економіки в Україні на даний час не існує. Офіційна стратегія її розвитку викладена в пункті 7.3 "Потенціал розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії" Енергетичної стратегії України на період до 2030 року, що схвалена Кабінетом міністрів України 15 березня 2006 року, що подається далі.

Витяг із документа "Енергетична стратегія України на період до 2030 року" щодо розвитку альтернативної енергетики в Україні.

7.3. Потенціал розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії

Освоєння нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії (НВДЕ) слід розглядати як важливий фактор підвищення рівня енергетичної безпеки та зниження антропогенного впливу енергетики на довкілля. Масштабне використання потенціалу НВДЕ в Україні має не тільки внутрішнє, а й значне міжнародне значення як вагомий чинник протидії глобальним змінам клімату планети, покращання загального стану енергетичної безпеки Європи. Тому шляхи та напрями стратегічного розвитку НВДЕ в країні повинні сприяти солідарним зусиллям Європейської спільноти у галузі енергетики та відповідати основним принципам Зеленої книги "Європейська стратегія сталої, конкурентоспроможної та безпечної енергетики" (Брюссель, 8.3.2006. СОМ(2006) 105). Технічно досяжний річний енергетичний потенціал НВДЕ України в перерахунку на.умовне паливо становить близько 79 млн т у. п. Економічно досяжний потенціал цих джерел за базовим сценарієм складає 57,7 млн т у. п., в тому числі відновлюваних природних джерел енергії — 35,5 млн т у. п., позабалансових (нетрадиційних)— 22,2 млн т у. п.

На даний час цей потенціал використовується недостатньо. Частка НВДЕ в енергетичному балансі країни становить 7,2 % (6,4% —позабалансові джерела енергії; 0,8% —відновлювальні джерела енергії).

Показники розвитку використання НВДЕ за основними напрямами освоєння (базовий сценарій), млн т у. п./рік

Перспективний розвиток НВДЕ п країні, згідно з основними принципами Зеленої книги, має відбуватися на основі економічної конкуренції з іншими джерелами енергії а одночасним впровадженням заходів державної підтримки перс пекти її них технологій НВДЕ, які відображають суспільний інтерес щодо підвищення рівня енергетичної безпеки, екологічної чистоти та протидії глобальним змінам клімату.

Перспективними напрямами розвитку НВДЕ в Україні є: біоенергетика, видобуток та утилізація шахтного метану, використання вторинних енергетичних ресурсів (ВЕР), позабалансових покладів вуглеводнів, вітрової і сонячної енергії, теплової енергії довкілля, освоєння економічно доцільного гідропотенціалу малих річок України. На базі відновлювальних джерел значного розвитку набувають технології одержання як теплової, так і електричної енергії.

На сьогодні найбільш швидкими темпами здатна розвиватись біоенергетика. Очікується, що енергетичне використання всіх видів біомаси здатне забезпечити щорічно заміщення 9,2 млн т у. п. викопних палив на рівні 2030 року, в тому числі за рахунок енергетичного використання залишок сільгоспкультур, зокрема соломи — 2,9 млн ту. п., дров та відходів деревини — 1,6 млн т у. п., торфу — 0,6 млн ту. п., твердих побутових відходів — 1,1 млн ту. п., одержання та використання бїогазу — 1,3 млн т у. п., виробництва паливного етанолу та біодизеля — 1,8 млн т у. п. Загальний обсяг інвестицій у розвиток біоенергетики складе до 2030 року близько 12млрдгрн.

Головними напрямами збільшення використання позабалансових джерел енергії є видобуток та утилізація шахтного метану, ресурси якого в Україні є значними. Використання метану для виробництва тепла та електроенергії забезпечить заміщення 5,8 млн ту. п. первинної енергії на рівні 2030 року, близько 1 млн т у. п. — на рівні 2010 року, водночас поліпшиться екологічний стан і стан безпеки у вуглевидобуванні.

Поряд з цим передбачається подальше збільшення використання природного газу малих родовищ, газоконденсатних родовищ і попутного нафтового газу для виробництва електроенергії і тепла. Обсяги видобутку цих ресурсів оцінюються в 200 тис. у. п. у 2005 р. і 830 тис. у. п. у 2030 р.

Передбачається виробництво електроенергії за рахунок надлишкового тиску доменного та природного газів до 1,3 млрд кВттод у 2030 році. Економічно доцільним є використання горючих газів промислового походження.

Залучення теплоти довкілля за допомогою теплових насосів і термотрансформаторів є одним із найбільш ефективних та екологічно чистих напрямів розвитку систем низькотемпературного теплопостачання, який має значне поширення у світовій енергетиці. Ресурси акумульованої в довкіллі низькопотенційної теплоти, що можуть використовуватися у теплонасосних системах теплопостачання України, перевищують існуючі та перспективні потреби в тепловій енергії.

Економічно доцільні для використання ресурси низькопотенційної теплоти природного і техногенного походження, що можуть утилізуватися тепловими насосами, оцінюються у 22,7 млн т у. п. на рівні 2030 р. Передбачається збільшити обсяги використання потенціалу вітроенергетики з 0,018 млн т у. п. у 2005 р. до 0,7 млн т у. п. у 2030 р. Розвиток вітроенергетики має базуватися на світових досягненнях в цій сфері з урахуванням екологічних вимог і максимальним використанням вітчизняного науково-технічного і виробничого потенціалу.

Останніми роками в світі інтенсивно розвивається сонячна енергетика. У 2005 р. світове виробництво кремнієвих перетворювачів сонячної енергії досягло 1,8 ГВт, а в 2030 р. Європа планує освоїти виробництво 200 ГВт сонячних модулів із значним зниженням вартості виробленої електроенергії. Україна має напрацьовані технології випуску сонячних модулів, які здійснюють перетворення сонячної енергії в електричну з допомогою фотоперетворювачів на основі полікристалічного кремнію, і експортує їх в Європу. Українські компанії при належному фінансуванні можуть за 1-2 роки освоїти серійний випуск крупних партій сонячних фотомодулів, суттєво знизити питомі витрати кремнію і вартість електроенергії. Мала гідроенергетика є технологічно освоєним способом виробництва електроенергії із невисокою собівартістю. У 2030 р. на малих ГЕС планується виробити 3,34 млрд кВт год. Розвиток цього напрямку потребує інвестиційних вкладень близько 7 млрд грн. Відповідно до базового сценарію виробництво електроенергії з використанням інших відновлювальних джерел має збільшитись з 51 млн кВт год у 2005 р. до 2,1 млрд кВт • год у 2030 р.

Загальний обсяг інвестицій у розвиток НВДЕ із заміщенням понад 57 млн т у. п. складе близько 60,0 млрд грн. При цьому частка НВДЕ в загальному паливно-енергетичному балансі країни може зрости до 19 % на рівні 2030 р.

Очікується швидкий розвиток використання НВДЕ, відповідні технології яких вже освоєні в Україні (позабалансові джерела енергії, пряме спалювання відходів деревини та виробництва сільськогосподарських культур, виробництв низькопотенційної теплової енергії сонячними тепловими установками тощо) і впровадження яких є економічно ефективним.

Для НВДЕ, які потенційно є економічно ефективними, але в країні відсутній достатній для промислового застосування досвід масштабної промислової експлуатації (геотермальна енергетика, використання тепла довкілля, газифікація відходів деревини, рослинних залишків, твердих побутових відходів тощо), передбачається розроблення дослідних зразків у межах "Програми державної підтримки розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії та малої гідро- і теплоенергетики", для реалізації пілотних проектів і подальшого впровадження таких технологій у промислових масштабах.

Підтримки, перш за все в наданні пільгових інвестицій, потребує розвиток таких НВДЕ, як вітроенергетика, сонячна електроенергетика, переробка відходів тваринництва та птахівництва, каналізаційних, стоків з отриманням енергетичного ефекту, мала гідроенергетика, виробництво біопалива тощо.

Розвиток НВДЕ потребує законодавчого створення сприятливих умов інвестування та відповідної державної підтримки розробки та запровадження конкурентоспроможних технологій та зразків обладнання, впровадження їх у виробництво і на їх основі подальшого розширення масштабів використання нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії, забезпечення вільного доступу до електромереж виробникам енергії з НВДЕ."

Порівняльна характеристика впливу традиційної й альтернативної енергетики на навколишнє природне середовище

У комплексі існуючих екологічних проблем енергетика посідає одне із перших місць. Дедалі більш жорсткі вимоги до охорони навколишнього природного середовища, а також чинне та перспективне природоохоронне законодавство вимагають від енергетики серйозної перебудови.

Існує думка, що вироблення електроенергії за рахунок відновлюваних джерел енергії являє собою абсолютно екологічно "чистий" варіант. Це не зовсім справедливо, оскільки ці джерела енергії мають принципово інший спектр впливу на навколишнє середовище порівняно з традиційними енергоустановками. До того ж окремі види екологічного впливу ПДЕ (поновлювальні джерела енергії) слабо вивчені.

Вплив кожного способу виробництва електроенергії на навколишнє середовище визначається перш за все кількістю та складністю послідовних стадій отримання палива та енергії. У зв'язку з цим, щоб порівняти вплив на навколишнє середовище ПДЕ та паливних циклів на основі ядерного чи органічного палива, потрібно послідовно розглянути усі етапи виробництва. Виробництво електроенергії на основі відновлюваних джерел відрізняє простота циклів, що збільшує їх надійність, яка є одним з істотних факторів у загальній екологічній оцінці.

Традиційні джерела енергії використовують вичерпні невідновлювані природні ресурси: вугілля, нафту, газ, уранову руду тощо. Нетрадиційні джерела використовують невичерпні природні ресурси (сонячну радіацію, геотермальну енергію, енергію океанічних припливів, хвиль, течій, а також енергію вітру) та вичерпні відновлювані природні ресурси (рослинність, поверхневі води), а також штучні ресурси, що утворюються внаслідок діяльності людини.