Вітроенергетика у світі
Енергія вітру розглядається фахівцями як одне з найбільшперспективних джерел енергії, здатне замінити традиційні джерела. Запасиенергії вітру більш ніж у сто разів перевищують запаси гідроенергії усіх річокпланети.
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 робитьїї конкурентоспроможною відносно енергії, яку одержують на нових тепловихелектростанціях, де спалюють вугілля. Фахівці переконані, що вітряні турбінинезабаром будуть удосконалені й стануть ефективними для використання на різнихрівнях виробництва енергії, про що свідчать розроблені різними країнами світувітроенергетичні програми.
Так, урядом Канади встановлено мету — до 2015 року одержувати10 % електроенергії з вітряних установок. Німеччина планує до 2020 рокувиробляти 20 % електроенергії за допомогою вітру. Європейським Союзомустановлено мету: до кінця 2010 року встановити 40 000 МВт вітрогенераторів. ВІспанії до 2011 року буде встановлено 20 000 МВт вітрогенераторів. У Китаїприйнято Національний план розвитку, згідно з яким планується, що встановленівітроенергетичні потужності Китаю мають збільшитися до 5000 МВт до 2010 року йдо 30 000 МВт — до 2020 року. Індія до 2012 року збільшить свої вітровіпотужності в чотири рази порівняно з 2005 роком: до 2012 року буде збудовано 12000 МВт нових вітряних електростанцій. Нова Зеландія планує виробляти за допомогоювітряних енергоустановок 20 % електроенергії; Велика Британія — 10 %електроенергії до 2010 року; Єгипет до кінця 2010 року має встановити 850 МВтнових вітрогенераторів.
Хоча приземні вітри дмуть не постійно, змінюють свійнапрямок, а їхня сила змінна, вітродвигун є однією з найдавніших машин дляодержання енергії з природних джерел. Через сумнівну надійність давніх писемнихповідомлень про вітродвигуни не цілком зрозуміло, коли й де такі машиниз'явилися вперше, але, судячи з деяких записів, вони існували вже в VII ст. н. є. Відомо, що перси в X ст. за допомогою вітряків мололизерно, причому їхні вітряки оберталися на вертикальній осі. У Західній Європіперші 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 длявідкачування води з обвалованих понижень ландшафту, на яких вони вирощувалисільськогосподарські культури. Лопаті голландських вітряків у той час сягали вдовжину 12 метрів. У Голландії чимало вітряків, яким нині понад 500 років, перебуваєв робочому стані. Такі млини є і в Англії. Особливих змін у їхній конструкціїне спостерігалося аж до початку XX ст., колив результаті досліджень були значно вдосконалені форми й покриття крил млинів.Оскільки низькообертові машини громіздкі, у другій половині XX ст. почали створювати високообертовівітродвигуни, тобто такі вітроколеса, які можуть робити велику кількістьобертів на хвилину з високим коефіцієнтом використання енергії вітру за рахунокінерційності обертання.
До 2006 року сумарні потужності вітрової енергетики зросли вусьому світі до 73 904 МВт. Переважна частина встановлених потужностей (69 % на2005 рік) сконцентрована в Європі. Країни Єв-росоюзу у 2005 році виробляють навітряних енергоустановках близько 3 % споживаної електроенергії. У 2006 роцівітряні електростанції Німеччини виробили 30,6 млрд кВттод електроенергії, щостановить 7 % від енергії, виробленої в Німеччині загалом. Близько 20 % електроенергіїв Данії виробляється за допомогою вітру. Індія у 2005 році одержує зенергоустановок близько 3 % загальної електроенергії. У 2007 р. в СІНА здопомогою вітру було вироблено 34 млрд кВттод електроенергії, що становитьпонад 1 % від загальної електроенергії, виробленої в СІНА за 2007 р.
Альтернативна енергетика в Україні
Серед усіх видів альтернативної енергетики більш-меншсформованою галуззю на даний час є тільки вітроенергетика. Тому розглянемобільш детально її розвиток.
Вітроенергетика в Україні. На початку XX ст. в Росії було понад 200 тисячвітряків, на яких одержували близько 95 % борошна. Десятки тисяч із нихфункціонували в Україні. Але далі прямого перетворення однієї механічноїенергії на іншу справа так і не пішла.
Перша у світі вітроелектростанція була споруджена в Криму в1931 році та пропрацювала до 1941 р. її потужність становила 110 кВт. Водночасшироко використовувалися невеликі вітроагрегати потужністю до кількохкіловатів. Річне виробництво вітроагрегатів потужністю до 5 кВт на Херсонськомузаводі сільськогосподарських машин досягало 2 тисяч на рік. Узагалі ж у 30-тіроки XX ст. розвитку вітроенергетикив Радянському Союзі приділялася значна увага: досліджувалися й розроблялисянові типи вітродвигунів, складався кадастр вітрових ресурсів СРСР. Але уже в40-ві роки навчилися використовувати атомну енергію, в 1954 році під Москвоюбула побудована перша у світі атомна електростанція, і в цій ейфорії новихможливостей про використання енергії вітру забули на 40 років.
Наприкінці 80-х років, в умовах наслідків Чорнобильськоїкатастрофи, зростання енергетичної кризи, підвищення статусу вітроенергетики усвіті як екологічно чистого джерела енергії, у Радянському Союзі відновилироботи над створенням ефективних вітродвигунів потужністю ЗО, 60, 100, 250,1000 і навіть 1500 кВт. У 1986 році під Києвом було збудовано першуекспериментальну ВЕС потужністю 160 кВт. У 90-ті роки планувалося будівництвонизки вітроенергетичних станцій: поблизу Ленінграда (25 МВт), у Казахстані (15МВт), Криму (12,5 МВт), Дагестані (6-МВт), однак після розвалу СР.СР ці планине були реалізовані.
Незалежна Україна швидко усвідомила, що таке енергетичнакриза, імпортуючи 78 % необхідного природного газу й 87 % нафти з Росії, якапідвищила на них ціни. Платежі за енергоносії стали головним болем національноїекономіки, тому що вони склали 50 % вартості українського імпорту. Замістькурсу на альтернативну енергетику й енергозбереження шляхом придбання йрозвитку високих технологій країна пішла шляхом згортання енергомісткихвиробництв, а енергогенерувальні фірми пішли шляхом придбання технологічного «секондхенду», посиливши критичний стан економіки. Була реабілітована атомнаенергетика як найдешевша за прямими витратами на виробництво енергії,незважаючи на те що непрямі щорічні витрати держави на атомну енергетику (наЧорнобильську проблему) становили 700 млн дол. У 1993 році було скасованомораторій на будівництво нових атомних потужностей. Указом Президента 1994 рокупередбачалося впровадження через два-три роки нових потужностей АЕС. Алезахідні країни як головні кредитори країни виступили проти такого напрямурозвитку енергетичного комплексу України й указали на свій досвід розв'язанняенергетичних криз за допомогою реструктуризації енергомістких виробництв, використанняенергозберігаючих технологій, ефективного застосування інструментівінвестиційної, податкової і тарифної політики, а також розвитку енергетики напоновлюваних джерелах енергії. Так і не добудувавши нові атомні потужності, алезакривши Чорнобильську АЕС, Україна поставила себе в ще більш складне становищеі лише частково скористалася запропонованою схемою реструктуризації енергетики.
У1993 році в Криму в районі затоки Донузлав було введено вексплуатацію вітроелектростанцію, що використовує вітроагрегати 118^-56-100потужністю 100 кВт, які складаються за американською ліцензією. У середині 2001року став до ладу 101 вітроагрегат загальною потужністю 10,9 МВт. За добуелектростанція виробляє від 10 до 100 тис. кВттод залежно від природних умов.Експлуатація цих вітроагрегатів виявилася неприйнятною. Під час будівництваелектростанції з'ясувалося, що вітропотенціал території був значно завищений:електростанція виробляє значно менше електричної енергії, ніж очікувалося. Іпочасти з цієї причини реальна собівартість електроенергії на Донузлавській ВЕСу 2,5-3 рази перевищила розрахункову (хоча те саме спостерігається загалом і закордоном).
Сьогодні в Україні працюють Аджигольська, Асканієвська,Донузлавська, Новоазовська, Сакська, Трускавецька ВЕС із уведеною в діюзагальною потужністю 24 МВт. Вітроенергетика є складовою частиною Національної енергетичної програмиУкраїни. Згідно з Указом Президента від 1996 року в Україні діє Комплекснапрограма будівництва вітряних електростанцій. Метою програми є виробництвовітроагрегатів і будівництво промислових ВЕС у складі електроенергетичнихсистем. Відповідно до цієї програми до 2010 року було передбачене будівництвоВЕС сумарною встановленою потужністю 1990 МВт і досягнення при цьомувиробництва електроенергії близько 5,3 млрд кВттод щорічно, що дозволило бзаощаджувати майже 2 млн т умовного палива на рік.
З метою стимулювання розвитку вітроенергетики Верховна РадаУкраїни 8 червня 2000 року прийняла Закон України «Про зміни в деякихЗаконах України щодо стимулювання розвитку вітроенергетики». Внесено змінидо Закону України «Про електроенергетику», на основі чого формуютьсяспеціальні кошти як відрахування від тарифу на електроенергію в розмірі 0,75 %,що становить близько 20 млн дол. на рік.
Крім вітроенергетики, альтернативної енергетики яксформованої галузі економіки в Україні на даний час не існує. Офіційнастратегія її розвитку викладена в пункті 7.3 «Потенціал розвиткунетрадиційних і відновлюваних джерел енергії» Енергетичної стратегіїУкраїни на період до 2030 року, що схвалена Кабінетом міністрів України 15березня 2006 року, що подається далі.
Витяг із документа «Енергетична стратегія України наперіод до 2030 року» щодо розвитку альтернативної енергетики в Україні.
7.3. Потенціал розвитку нетрадиційних і відновлюваних джереленергії
Освоєння нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії (НВДЕ)слід розглядати як важливий фактор підвищення рівня енергетичної безпеки та зниженняантропогенного впливу енергетики на довкілля. Масштабне використання потенціалуНВДЕ в Україні має не тільки внутрішнє, а й значне міжнародне значення яквагомий чинник протидії глобальним змінам клімату планети, покращаннязагального стану енергетичної безпеки Європи. Тому шляхи та напрямистратегічного розвитку НВДЕ в країні повинні сприяти солідарним зусиллямЄвропейської спільноти у галузі енергетики та відповідати основним принципамЗеленої книги "Європейська стратегія сталої, конкурентоспроможної табезпечної енергетики" (Брюссель, 8.3.2006. СОМ(2006) 105). Технічнодосяжний річний енергетичний потенціал НВДЕ України в перерахунку на.умовнепаливо становить близько 79 млн т у. п. Економічно досяжний потенціал цихджерел за базовим сценарієм складає 57,7 млн т у. п., в тому числівідновлюваних 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% —позабалансовіджерела енергії; 0,8% —відновлювальні джерела енергії).
Показники розвитку використання НВДЕ за основними напрямамиосвоєння (базовий сценарій), млн т у. п./рікНапрями освоєння НВДЕ Рівень розвитку НВДЕ по роках 2005 2010 2020 2030 Позабалансові джерела енергії, всього, у т.ч. 13,85 15,96 18,5 22,2 шахтний метан 0,05 0,96 2,8 5,8 Відновлювані джерела енергії, всього, у т.ч. 1,661 3,842 12Д54 35,53 біоенергетика 1,3 2,7 6,3 9,2 сонячна енергетика 0,003 0,032 0,284 1,1 мала гідроенергетика 0,12 0,52 . 0,85 1,13 геотермальна енергетика 0,02 0,08 0,19 0,7 вітроенергетика 0,018 0,21 0,53 0,7 енергія довкілля 0,2 0,3 3,9 22,7 Усього 15,51 . 19,80 30,55 . 57,73
Перспективний розвиток НВДЕ п країні, згідно з основнимипринципами Зеленої книги, має відбуватися на основі економічної конкуренції зіншими джерелами енергії а одночасним впровадженням заходів державної підтримкиперс пекти її них технологій НВДЕ, які відображають суспільний інтерес щодо підвищеннярівня енергетичної безпеки, екологічної чистоти та протидії глобальним змінамклімату.
Перспективними напрямами розвитку НВДЕ в Україні є:біоенергетика, видобуток та утилізація шахтного метану, використання вториннихенергетичних ресурсів (ВЕР), позабалансових покладів вуглеводнів, вітрової ісонячної енергії, теплової енергії довкілля, освоєння економічно доцільногогідропотенціалу малих річок України. На базі відновлювальних джерел значногорозвитку набувають технології одержання як теплової, так і електричної енергії.
На сьогодні найбільш швидкими темпами здатна розвиватисьбіоенергетика. Очікується, що енергетичне використання всіх видів біомасиздатне забезпечити щорічно заміщення 9,2 млн т у. п. викопних палив на рівні2030 року, в тому числі за рахунок енергетичного використання залишоксільгоспкультур, 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 млнту. п., одержання та використання бїогазу — 1,3 млн т у. п., виробництвапаливного етанолу та біодизеля — 1,8 млн т у. п. Загальний обсяг інвестицій урозвиток біоенергетики складе до 2030 року близько 12млрдгрн.
Головними напрямами збільшення використання позабалансовихджерел енергії є видобуток та утилізація шахтного метану, ресурси якого вУкраїні є значними. Використання метану для виробництва тепла та електроенергіїзабезпечить заміщення 5,8 млн ту. п. первинної енергії на рівні 2030 року,близько 1 млн т у. п. — на рівні 2010 року, водночас поліпшиться екологічнийстан і стан безпеки у вуглевидобуванні.
Поряд з цим передбачається подальше збільшення використання природногогазу малих родовищ, газоконденсатних родовищ і попутного нафтового газу длявиробництва електроенергії і тепла. Обсяги видобутку цих ресурсів оцінюються в200 тис. у. п. у 2005 р. і 830 тис. у. п. у 2030 р.
Передбачається виробництво електроенергії за рахунокнадлишкового тиску доменного та природного газів до 1,3 млрд кВттод у 2030році. Економічно доцільним є використання горючих газів промисловогопоходження.
Залучення теплоти довкілля за допомогою теплових насосів ітермотрансформаторів є одним із найбільш ефективних та екологічно чистихнапрямів розвитку систем низькотемпературного теплопостачання, який має значнепоширення у світовій енергетиці. Ресурси акумульованої в довкіллінизькопотенційної теплоти, що можуть використовуватися у теплонасосних системахтеплопостачання України, перевищують існуючі та перспективні потреби в тепловійенергії.
Економічно доцільні для використання ресурсинизькопотенційної теплоти природного і техногенного походження, що можутьутилізуватися тепловими насосами, оцінюються у 22,7 млн т у. п. на рівні 2030р. Передбачається збільшити обсяги використання потенціалу вітроенергетики з0,018 млн т у. п. у 2005 р. до 0,7 млн т у. п. у 2030 р. Розвитоквітроенергетики має базуватися на світових досягненнях в цій сфері зурахуванням екологічних вимог і максимальним використанням вітчизняногонауково-технічного і виробничого потенціалу.
Останніми роками в світі інтенсивно розвивається сонячнаенергетика. У 2005 р. світове виробництво кремнієвих перетворювачів сонячноїенергії досягло 1,8 ГВт, а в 2030 р. Європа планує освоїти виробництво 200 ГВтсонячних модулів із значним зниженням вартості виробленої електроенергії.Україна має напрацьовані технології випуску сонячних модулів, які здійснюютьперетворення сонячної енергії в електричну з допомогою фотоперетворювачів наоснові полікристалічного кремнію, і експортує їх в Європу. Українські компаніїпри належному фінансуванні можуть за 1-2 роки освоїти серійний випуск крупнихпартій сонячних фотомодулів, суттєво знизити питомі витрати кремнію і вартістьелектроенергії. Мала гідроенергетика є технологічно освоєним способомвиробництва електроенергії із невисокою собівартістю. У 2030 р. на малих ГЕСпланується виробити 3,34 млрд кВт год. Розвиток цього напрямку потребуєінвестиційних вкладень близько 7 млрд грн. Відповідно до базового сценаріювиробництво електроенергії з використанням інших відновлювальних джерел маєзбільшитись з 51 млн кВт год у 2005 р. до 2,1 млрд кВт • год у 2030 р.
Загальний обсяг інвестицій у розвиток НВДЕ із заміщеннямпонад 57 млн т у. п. складе близько 60,0 млрд грн. При цьому частка НВДЕ взагальному паливно-енергетичному балансі країни може зрости до 19 % на рівні2030 р.
Очікується швидкий розвиток використання НВДЕ, відповіднітехнології яких вже освоєні в Україні (позабалансові джерела енергії, пряме спалюваннявідходів деревини та виробництва сільськогосподарських культур, виробництвнизькопотенційної теплової енергії сонячними тепловими установками тощо) івпровадження яких є економічно ефективним.
Для НВДЕ, які потенційно є економічно ефективними, але вкраїні відсутній достатній для промислового застосування досвід масштабноїпромислової експлуатації (геотермальна енергетика, використання тепла довкілля,газифікація відходів деревини, рослинних залишків, твердих побутових відходівтощо), передбачається розроблення дослідних зразків у межах «Програмидержавної підтримки розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії тамалої гідро- і теплоенергетики», для реалізації пілотних проектів іподальшого 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 зотриманням енергетичного ефекту, мала гідроенергетика, виробництво біопаливатощо.
Розвиток НВДЕ потребує законодавчого створення сприятливихумов інвестування та відповідної державної підтримки розробки та запровадженняконкурентоспроможних технологій та зразків обладнання, впровадження їх увиробництво і на їх основі подальшого розширення масштабів використаннянетрадиційних і відновлюваних джерел енергії, забезпечення вільного доступу доелектромереж виробникам енергії з НВДЕ."
Порівняльна характеристика впливу традиційної й альтернативноїенергетики на навколишнє природнесередовище
У комплексі існуючих екологічних проблем енергетика посідаєодне із перших місць. Дедалі більш жорсткі вимоги до охорони навколишньогоприродного середовища, а також чинне та перспективне природоохороннезаконодавство вимагають від енергетики серйозної перебудови.
Існує думка, що вироблення електроенергії за рахуноквідновлюваних джерел енергії являє собою абсолютно екологічно «чистий»варіант. Це не зовсім справедливо, оскільки ці джерела енергії мають принциповоінший спектр впливу на навколишнє середовище порівняно з традиційнимиенергоустановками. До того ж окремі види екологічного впливу ПДЕ (поновлювальніджерела енергії) слабо вивчені.
Вплив кожного способу виробництва електроенергії нанавколишнє середовище визначається перш за все кількістю та складністюпослідовних стадій отримання палива та енергії. У зв'язку з цим, щоб порівнятивплив на навколишнє середовище ПДЕ та паливних циклів на основі ядерного чи органічногопалива, потрібно послідовно розглянути усі етапи виробництва. Виробництвоелектроенергії на основі відновлюваних джерел відрізняє простота циклів, щозбільшує їх надійність, яка є одним з істотних факторів у загальній екологічнійоцінці.
Традиційні джерела енергії використовують вичерпніневідновлювані природні ресурси: вугілля, нафту, газ, уранову руду тощо.Нетрадиційні джерела використовують невичерпні природні ресурси (сонячнурадіацію, геотермальну енергію, енергію океанічних припливів, хвиль, течій, атакож енергію вітру) та вичерпні відновлювані природні ресурси (рослинність,поверхневі води), а також штучні ресурси, що утворюються внаслідок діяльностілюдини.