Ветроэнергетическая установка

ЗМІСТ 

      ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ 

     ВВП – валовий внутрішній продукт

     ВНП – валовий національний продукт

     АЕС – атомна електростанція

     ВЕС – вітрова електростанція

     ФХВВ - фторхлорвуглеводневий

     ФВВ - фторовуглеводневі гази

     НВДЕ - нетрадиційні та відновлювані джерела  енергії

     ВДЕ - відновлювані джерела енергії

     БУП - блок управління і перетворення

     АБ - акумуляторні батареї

     ВДЕ - відновлювані джерела енергії

     ЄС  – Європейський Союз

     WWEA - експерти Усесвітньої вітроенергетичної асоціації

     УАЕ – українська автоновна енергетика

      ВСТУП 

     Нетрадиційні  та відновлювані джерела енергії  стали останнім часом одним із важливих критеріїв сталого розвитку світової спільноти. Здійснюється пошук нових і вдосконалення існуючих технологій, виведення їх до економічно ефективного рівня та розширення сфер використання. Головними причинами такої уваги є очікуване вичерпання запасів органічних видів палива, різке зростання їх ціни, недосконалість та низька ефективність технологій їхнього використання, шкідливий вплив на довкілля, наслідки якого все більше і більше турбують світовому спільноту.

     В Україні доцільно масштабно розвивати і впроваджувати сучасні технології використання поновлюваних та нетрадиційних (альтернативних) джерел енергії. Ці джерела енергії практично не завдають шкоди довкіллю. Окрім того, їх не потрібно видобувати, купувати і транспортувати, бо вони є результатом дії сонячного випромінювання на фізичні, хімічні та біологічні процеси, що повсюдно відбуваються на Земній кулі, а з цього випливає їх практична невичерпність та поновлюваність.

     До  поновлюваних джерел енергії відносять  енергію сонячного випромінювання, вітру, річкових потоків, морських хвиль, енергію, акумульовану в довкіллі та біомасі. Сюди ж належить також енергія припливів та тепло глибинних шарів Землі — геотермальна енергія.

     Україна характеризується достатньо високими енергетичними потенціалами вітрового потоку в Карпатах, в АР Крим, на узбережжях Чорного й Азовського морів, де середньорічні швидкості вітру на висоті 10 м становлять 5 і більше метрів за секунду, що ставить вітрову енергію на перше місце серед відновлюваних джерел для виробництва електричної енергії.

     Вітроенергетика сьогодні перестала бути фантастикою і є самою швидкорослою галуззю серед альтернативних джерел енергії. Вітер є незвичайним енергоносієм, невичерпним, але який має безліч складних і слабо передбачених фізичних параметрів для кожного окремо взятого географічного місця.

     Вітрова енергетична установка (ВЕУ) може виробляти електроенергію лише тоді, коли дме вітер. Тому, щоб забезпечити себе енергією і в періоди затишшя, потрібен буфер або, інакше кажучи, накопичувач енергії. Зазвичай для цього використовують електрохімічний акумулятор (АБ) або теплоізольовану ємність з теплоносієм, що нагрівається електричними нагрівачами (ТЕНами), а для вітропомпових установок – ємність, у якій накопичується видобута із глибини вода. За таких умов користуватися накопиченою енергією можна в будь-який час – тільки-но буде в цьому необхідність. Таким можна отримати доступ до власної енергії та можливість використовувати її на власний розсуд: у місцях, де немає централізованого електропостачання або ж як резервне джерело енергії, що дає змогу заощаджувати електрику від централізованої мережі та забезпечувати електропостачання у разі її відсутності. Крім того, у другому випадку ще й відпадає проблема з високовартісним обладнанням, яке часто виходить з ладу через незадовільну якість енергії в мережі, особливо у сільській місцевості. 

      1 ПОТЕНЦІАЛ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ 

     Електроенергетика вкрай потрібна галузь для сучасного  суспільства. Однак крім великої  користі вона приносить чимало екологічних  проблем. Використання лише традиційних джерел енергії (нафти, газу, ядерного палива) руйнує і забруднює землю, водні ресурси й повітря.

     Зростання масштабів використання електричної  енергії, загострення проблем охорони  навколишнього середовища значно активізували пошуки екологічно чистіших способів вироблення електричної енергії. Інтенсивно розробляються способи використання непаливної відновлюваної енергії: сонячної, вітряної, геотермальної, енергії хвиль, припливів і відпливів, енергії біогазу тощо. Джерела цих видів енергії невичерпні, але потрібно розумно оцінити, чи зможуть вони задовольнити усі потреби суспільства. 

     1.1 Потенціал енергозбереження в Україні

     Безсистемна і надто повільна структурна перебудова економіки України, висока внаслідок  технологічної відсталості енергоємність  основних видів продукції, великі обсяги імпорту енергоносіїв, критична зношеність основних фондів на електричних станціях є головними чинниками непомірно високого рівня витрат паливно-енергетичних ресурсів на одиницю ВВП і ВНП, що веде країну до економічної кризи, руйнації продуктивних сил та соціального збурення в суспільстві.

     Враховуючи  зазначене, зрозуміло, що в Україні  необхідно якнайшвидше провести структурну перебудову її промислового комплексу з метою оптимізації  енергоспоживання та одночасної мінімізації  імпорту енергоносіїв з Росії.

     Поряд зі структурною перебудовою економіки для успішного вирішення проблеми енергозабезпечення необхідно реалізувати низку організаційно-правових і технічних заходів з енергозбереження. За одночасної реалізації організаційно-правових заходів і суттєвих змін структури економіки обсяги споживання енергоресурсів можна скоротити у 2 - 3 рази.

     Організаційно-правові  заходи задля енергозбереження - це розробка і запровадження законів, стандартів, нормативів, податків на викиди шкідливих речовин, на використання імпортованих енергоносіїв, налагодження обліку шляхом використання лічильників ресурсів, державна підтримка впровадження нових ефективних видів техніки, технологій, матеріалів тощо.

     Надалі  в енергоємних галузях економіки  - металургії, електроенергетиці, вугле-, нафто- і газовидобуванні та переробці, комунальному господарстві - потрібно впроваджувати заходи, які потребують значних капітальних витрат. Зважаючи на те, що більшість підприємств цих галузей є приватними, налагодження державного регулювання і здійснення загальнодержавної технічної політики щодо енергозбереження в інтересах країни будуть складними і довготривалими процесами, які вимагають запровадження ефективних економічних і правових стимулів.

     Однак виключно організаційними заходами проблеми енергозбереження не вирішуються, адже основний потенціал розв'язання їх мають технічні заходи, які можна розглядати як другий етап програми енергозбереження. Цей етап передбачає значні капіталовкладення як в енергозбереження, так і в удосконалення енергетичної техніки та енергоефективного обладнання. Питомі капіталовкладення на створення 1 кВт встановленої потужності у 4 рази більші, ніж на 1 кВт зекономленої [1]. Тому енергозбереження має більш високий пріоритет в порівнянні з модернізацією енергетики. Але неможливо буде обійтися без приросту енергетичних потужностей, тобто необхідне інвестування і енергозбереження, і розвитку енергетики.

     Основний  потенціал енергозбереження зосереджений у найбільш енергомістких галузях  економіки. Змістом заходів в  цих галузях є модернізація обладнання, оновлення технологічних процесів та застосування нових ресурсоощадних матеріалів. Це дозволить, окрім економії ресурсів, підвищити також якість виробів, що важливо для виходу на західні ринки.

     Про нагальну потребу оптимізації структури  промислового комплексу свідчить той факт, що енергомісткість одиниці ВНП України поступається усім розвинутим країнам світу, де цей показник нижчий у 10 разів [1].

     Окрім цих міжгалузевих та загальнодержавних  заходів, необхідно через національні  програми реалізувати цілу низку заходів щодо енергозбереження в галузях. Такими галузевими, але важливими для всієї економіки України заходами щодо енергозбереження є [1]:

• модернізація процесів регенерування брухту чорних металів та виплавки чавуну (і сталі), підвищення якості сталі;
• збільшення частки використання деталей із високоміцного чавуну та пластмас до світового рівня;
• оптимізація технологічних процесів виробництва шляхом впровадження систем автоматичного контролю;
• налагодження вітчизняного виробництва і масштабного використання високоякісних енергоекономних освітлювальних ламп;
• створення умов і стимулів для повторного використання деталей машин, за належного рівня стандартизації цей потенціал може становити (60 - 80) % деталей;
• обладнання електричних двигунів в устаткуванні перетворювачами частоти для економного споживання електроенергії в період неповного завантаження приводу, економія електроенергії може становити (20 – 30) %;
• оптимізація теплопостачання міст за рахунок використання теплонасосних станцій для вилучення теплової енергії з вторинних низькопотенційних енергоресурсів (теплових викидів промисловості та комунального господарства) і з природного середовища (озер, рік, морів, ґрунту, повітря);
• налагодження випуску електричних лічильників для погодинного обліку і запровадження диференційованих тарифів;
• збільшення частки комбінованого виробництва електрики і тепла за рахунок масштабного впровадження когенераційних та утилізаційних установок;
• збільшення частки децентралізованого виробництва електрики в рамках Об'єднаної енергетичної системи України з метою скорочення втрат енергії з нинішніх (16—28) до (6—8) %.

     На  рис. 1.1 зображена Енергетична стратегія України до 2030 року. 

Рисунок 1.1 - Енергетична стратегія України на період до 2030 року [1]: енергоємність ВВП країн світу, кг у.п./$ США  

     Економія  в результаті реалізації зазначених вище заходів може бути значно більшою від обсягів виробництва енергії на усіх АЕС України. Однак слід мати на увазі, що енергозберігаючі заходи технічного характеру, тобто ті, що потребують значних витрат, у багатьох випадках будуть реалізовуватися дуже повільно. Без державної підтримки, запровадження фінансово-економічних стимулів і штрафних санкцій буде складно реалізувати заходи з модернізації комунальної енергетики та масштабного впровадження когенерації, утилізації, опанування інших технологій з невисокою прибутковістю.

     1.2 Країна Кіотського протоколу

     Кіотський протокол - міжнародна угода про обмеження викидів в атмосферу парникових газів. Головна мета угоди: стабілізувати рівень концентрації парникових газів в атмосфері на рівні, який не допускав би небезпечного антропогенного впливу на кліматичну систему планети.

     Протокол  зобов'язує розвинуті країни та країни з перехідною економікою скоротити  або стабілізувати викиди парникових газів у 2008-2012 роках до рівня 1990 року.

     Кіотський протокол - додатковий документ до Рамкової конвенції ООН зі змін клімату, підписаної 1992 року на міжнародній конференції в Ріо-де-Жанейро. Конвенція набрала силу у 1994 році. Сам протокол прийнято в Кіото 11 грудня 1997 року. Період підписання протоколу відкрився 16 березня 1998 року і завершився 15 березня 1999 року. Кіотський протокол почав діяти з 16 лютого 2005 року.

     На  сьогоднішній день підписали та ратифікували протокол 187 країн, в тому числі більшість  промислово розвинутих країн, крім США, які підписали але не ратифікували угоду.

     Ним було узгоджено, що країни-учасниці зобов'язані  зменшити середньорічні обсяги викидів  парникових газів в період 2008-2012 рр. в середньому на 5,2 % (у порівнянні з 1990 р.) [2]. Окреме зобов'язання щодо їх зниження взяли Японія — на 6 %, США — на 7 % та ЄС — на 8 %. В межах ЄС на окремі країни були накладені різні обмеження. Зокрема, в червні 1998 року міністри навколишнього середовища країн ЄС своєю постановою зобов'язали Австрію зменшити їх викиди на 13 % (для порівняння: північні країни ЄС зобов'язались досягти максимального їх пониження, на 28 %).

     Для вступу в дію протоколу, цей документ зобов’язані були стільки ратифікувати країни, які відповідають за якнайменш 55 % викидів парникових газів. Після ратифікації протоколу Росією в кінці 2004 року (17,4 % світових викидів парникових газів), зазначений документ набув чинності 16 лютого 2005 року. Частка викидів парникових газів країн, які приєдналися до протоколу, складає на даний момент 62 %. Проте, країни, що ратифікували протокол, не мають особливих стимулів його виконувати, допоки США (25 % світових викидів СО₂) не ратифікували зазначений документ. Україна ратифікувала Кіотський протокол 4 лютого 2004 р (повідомлення про ратифікацію подане 12 квітня 2004 Status Of Ratification) [2].

     Зменшення викидів кожна країна може здійснювати  за допомогою збільшення ефективності виробництва, зменшення обсягів  виробництва, більш раціонального  використання енергоресурсів, а також  виконання проектів, які призводять до зменшення викидів парникових газів у інших країнах. Кіотським протоколом передбачаються гнучкі механізми щодо зменшення викидів парникових газів шляхом закупівлі відповідних сертифікатів за кордоном:

• механізм чистого розвитку - передбачає співпрацю між країною, яка розвивається, та індустріалізованою країною;
• торгівля викидами - передбачає прямий продаж викидів від однієї індустріалізованої країни до іншої;
• спільне впровадження - передбачає співпрацю між двома індустріалізованими країнами.

     Для врегулювання викидів парникових газів, країни ЄС роблять ставку на внутрішню  торгівлю сертифікатами викидів, які, "де факто", репрезентують право  на забруднення навколишнього середовища парниковими газами. Починаючи з 2005, кожне європейське промислове підприємство, яке відповідає вимогам Схеми Торгівлі Викидами EU ETS отримує певну кількість таких сертифікатів. Якщо деякі підприємства в стані зменшувати шкідливі викиди, наприклад, шляхом технологічних новацій, то вони зможуть продавати залишкові сертифікати іншим фірмам, які перевищують норми наданого їм ліміту. Аналогічно, невикористані внаслідок зниження виробництва сертифікати, можуть бути продані. Таким чином, ініціюється національний, а згодом, і європейський ринок сертифікатів, який з точки зору економічної теорії є одним із найкращих методів регулювання ринку.

     Таким чином існує можливість для налагодження міжнародної співпраці у сфері скорочення викидів СО₂. Підставою для цього є можливість купівлі країнами одиниць викидів СО₂ в інших державах. Як відомо, для встановлення базового рівня викидів парникових газів для більшості країн було обрано 1990 р. З урахуванням трансформаційних процесів в економіці України кількість викидів СО₂ вітчизняною промисловістю за період 1990-2004 рр. суттєво скоротилися. У цьому зв'язку, Україна може продавати свої одиниці викидів іншим країнам в рамках механізму торгівлі викидами. Підприємства, зокрема учасники EU ETS, мають можливість придбати одиниці скорочень викидів від механізму спільного впровадження.

     Незалежно від Кіотського протоколу існує  також європейське законодавство  в галузі захисту якості повітря, зміни клімату та озонового шару. Відповідно до постанови Європейської Комісії (№ 2037/2000) [2] щодо захисту навколишнього середовища і, зокрема, озонового шару країни-члени ЄС повинні інформувати про вжиті заходи стосовно повторного використання, оновлення та знищення шкідливих речовин, типу фторхлорвуглеводневих (ФХВВ) та інших газів з подібним негативним впливом на озон. На сьогоднішній день, як і було погоджено Монреальским протоколом 1987 року, замість ФХВВ використовуються фторовуглеводневі гази (ФВВ), які не впливають на озон в атмосфері. Але за рахунок цього вирішується тільки питання озонових дір, а проблема парникового ефекту залишається [2]. 

     1.3 Перспектива використання відновлюваних джерел енергії

     Використання нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії (НВДЕ) світова спільнота розглядає як один із найбільш перспективних шляхів вирішення зростаючих проблем енергозабезпечення. Наявність невичерпної ресурсної бази та екологічна чистота НВДЕ є визначальними їх перевагами в умовах вичерпання ресурсів органічного палива та зростаючих темпів забруднення довкілля.

     Останнім  часом Європейський Союз виступив з  ініціативою прискорення розвитку НВДЕ та прийняв низку обов’язкових до виконання рішень з цього питання. Україні, яка має багато проблем  з енергозабезпечення та бажає у майбутньому стати членом європейської спільноти, також потрібно будувати свою енергетичну політику з врахуванням цього перспективного напряму.

     В аналітичній записці зроблено аналіз світових тенденцій розвитку нетрадиційних  та відновлюваних джерел енергії, нових ініціатив ЄС з цього питання та ситуації в Україні. Зроблено висновки та надані пропозиції щодо прискорення впровадження НВДЕ в країні. 

     1.3.1 Світовий досвід

     На  даний час на відновлювані джерела  енергії (ВДЕ) припадає близько 14 % у світовому споживанні первинної енергії, з них на спалювані види і відходи біомаси припадає 11 %, гідроенергію – 2,3 %, енергію вітру – 0,026 %, сонячну енергію – 0,039 %, геотермальну енергію 0,442 %.

     Частка  відновлюваної енергії у виробництві  електроенергії досягає 18 %, тепла – майже 26 %. Тобто НВДЕ у світовому забезпеченні електроенергією і теплом вже вийшли на той рівень, який дозволяє надіятись на ефективне вирішення енергетичних проблем у майбутньому [3].

     Існуючі технології НВДЕ не є досить досконалими, мають різний рівень економічної  ефективності та різний технічний рівень. Однак всі вони мають такі визначні переваги як дуже низький рівень (або  зовсім не мають) викидів парникових газів і мають невичерпний  (відновлюваний) запас палива необхідний для їх реалізації. Деякі з цих технологій вже сьогодні є конкурентоспроможними і є всі підстави сподіватись, що в майбутньому їх економічна ефективність буде зростати на фоні зростання ціни і ускладнення умов видобутку традиційних енергоресурсів.

     Саме  тому ринок НВДЕ у світі набуває  все більших темпів розвитку. Минулого року у нові потужності ВДЕ у світі  було інвестовано понад 71 млрд доларів США (не рахуючи великої гідроенергетики), з них 47 % - у вітроенергетику, 30 % - на фотоелектрику. До цього треба додати 10 млрд. дол. США інвестицій у нові фотоелектричні виробничі потужності, понад 4 млрд. – у нові заводи з виробництва біопалива та 16 млрд. дол. у дослідження і розробки [3].

     До  країн, які найбільш інтенсивно розвивають технології і ринки НВДЕ, слід віднести: США, країни ЄС (в першу чергу, Швецію, Австрію, Фінляндію, Німеччину, Португалію, Іспанію), Японію, Китай. Останнім часом активізувалися в цьому напрямі Бразилія і Індія. Зростає вартість акцій компаній, які займаються НВДЕ. Все це дасть можливість пришвидшити розвиток технологій та їх впровадження у промислове виробництво.

     Різні країни і регіони надають перевагу різним видам ВДЕ, адаптуючи їх використання до місцевих умов. Найбільш динамічно  розвиваються такі види НВДЕ як: вітроенергетика, біоенергетика, сонячна енергетика та використання низькопотенційної енергії із застосуванням теплових насосів. 

     1.3.2 Заміна традиційних джерел на не традиційні для України

     Нетрадиційні  та відновлювані джерела енергії  стали останнім часом одним із важливих критеріїв сталого розвитку світової спільноти. Здійснюється пошук нових і вдосконалення існуючих технологій, виведення їх до економічно ефективного рівня та розширення сфер використання. Головними причинами такої уваги є очікуване вичерпання запасів органічних видів палива, різке зростання їх ціни, недосконалість та низька ефективність технологій їхнього використання, шкідливий вплив на довкілля, наслідки якого все більше і більше турбують світовому спільноту.

     Використання  традиційних вуглеводнів шляхом спалювання супроводжується загальними втратами енергії до (80-90) % і тому вже на сьогодні розроблено технології електрохімічного їх перетворення, які зменшують втрати до 10 % та є більш екологічно безпечними [1].

     В Україні доцільно масштабно розвивати і впроваджувати сучасні технології використання поновлюваних та нетрадиційних (альтернативних) джерел енергії. Ці джерела енергії практично не завдають шкоди довкіллю. Окрім того, їх не потрібно видобувати, купувати і транспортувати, бо вони є результатом дії сонячного випромінювання на фізичні, хімічні та біологічні процеси, що повсюдно відбуваються на Земній кулі, а з цього випливає їх практична невичерпність та поновлюваність.

     До  поновлюваних джерел енергії відносять  енергію сонячного випромінювання, вітру, річкових потоків, морських хвиль, енергію, акумульовану в довкіллі та біомасі. Сюди ж належить також енергія припливів та тепло глибинних шарів Землі — геотермальна енергія.

     Аналіз  кліматичних умов і ресурсів поновлюваних джерел в Україні, а також сучасний досвід їх використання в передових країнах світу дозволяє визначити перспективним для модернізації українського паливо-енергетичного комплексу на найближчі 20-25 років розвиток і промислове використання наступних енерготехнологій [4]: