Шляхи подолання енергетичної кризи

Сталий розвиток суспільства можливий лише в умовах енергозбереження, тобто розробки систем, що ефективніше використовують енергію, забезпечують такий самий або навіть вищий рівень транспортних послуг, освітлення, опалення тощо за менших енерговитрат. І тут немає жодних суперечностей із законами термодинаміки. Нині 60—80 % спожитої енергії не перетворюється в корисну працю, а втрачається у вигляді тепла. Сутність енергозбереження полягає в зменшенні цих збитків. Можливості енергозбереження широко використовуються у світі. Це, наприклад, зменшення витрат автомобільного пального; упровадження нових технологій у виробничий процес та ін. Розроблені, але поки що мало використовуються такі основні напрями енергозбереження:

— поліпшення термоізоляції приміщень, у зв'язку з чим зменшаться енерговитрати на опалення та охолодження;

— заміна традиційних електричних ламп флуоресцентними. У перших коефіцієнт корисної дії (ККД) становить 5 %, а 95 % витрачається у вигляді тепла, у других — майже 95 %;

— когенерація. Електрику звичайно виробляють на електростанціях, де 60—70 % енергії палива витрачається у вигляді тепла, тому на опалення використовується додаткове паливо.

Когенерація — це розміщення електрогенератора разом із його джерелом енергії безпосередньо у кожній будівлі. Якщо при цьому використовувати тепло, яке виділяється під час отримання електрики, для опалення та гарячого водопостачання, можна заощаджувати до ЗО % і більше палива. Когенерація енергозбережна та екологічно безпечна.

Зважаючи на світову тенденцію до значного подорожчання енергоносіїв, ефективне застосування власних та імпортованих енергоресурсів є вкрай необхідним. Промисловість і житлово-комунальне господарство (ЖКГ) в Україні енергоємні. ЖКГ щороку споживає 10 млрд. кВт · год електроенергії і майже 8 млрд. м3 природного газу. В собівартості таких послуг, як тепло-, водопостачання та водовідведення собівартість енергоресурсів становить 60—70 %. В Україні працюють 10,5 тис. теплових котлів, ККД яких не перевищує 50—70 %. Сучасний стандарт ККД для теплового котла сягає 90—95 %. Заміна старих котлів дасть змогу скоротити витрати природного газу в ЖКГ на 15—30%.

Як відомо, за ініціативи Ради національної безпеки та оборони України (РНБОУ), розглядається можливість створення Національного агентства з енергозбереження, завдання якого полягають у формуванні, веденні моніторингу реалізації державної політики в енергозбереженні, включаючи систему як стимулів, так і контролю щодо ефективного використання енергоресурсів на основі оптимального балансу як адміністративних, так і економічних методів.

Експерти переконані, що для ефективної роботи цього агентства потрібно його створити у формі загальноукраїнської державної компанії, яка мала б змогу не лише впроваджувати у життя енергозберігаючі технології за бюджетні кошти, а й самостійно заробляти гроші на енергозбереженні. Прибуток такої компанії — це револьверні кошти, що знову спрямовуються на програми енергозбереження. На найвищому рівні також розглянуто проект енергетичної стратегії України до 2030 р. Цей документ має реформувати паливно-енергетичний комплекс, зробити його високоефективним та економічним.

Отже, використання викопного палива та ядерної енергії суперечить принципу сталого розвитку, оскільки ці ресурси невідновні, а їх використання забруднює довкілля. Рух до сталого розвитку суспільства потребує повільної ліквідації залежності від викопного палива. Тому другим шляхом щодо подолання сучасної енергетичної кризи є перехід до використання альтернативних (нетрадиційних) джерел енергії. Альтернатива (від франц. alternative, від лат. alter — один із двох) — це потреба вибору однієї з двох або декількох можливостей, що взаємовиключаються. Альтернативними джерелами енергії називають такі матеріальні засоби її виробництва, які можуть протиставлятися основним, котрі на сьогодні використовуються як противага або заміна. У Закон України "Про альтернативні джерела енергії" від 20 лютого 2003 р. № 555-IV альтернативні джерела енергії визначаються так: "Це поновлювані джерела, до яких належать енергія сонячного випромінювання, вітру, морів, річок, біомаси, теплоти Землі та вторинні енергетичні ресурси, що існують постійно або виникають періодично у довкіллі". Тобто до складу альтернативної енергетики входять такі види: геліоенергетика, змішана, біо-, вітро-, гідро-, геотермо-, космічна енергетика, енергетика вторинного використання викидного тепла (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Види альтернативної енергетики

Із 2000 р. споживання природного газу в Україні щороку збільшується на 1 млрд м³, а за підсумками 2005 p., може зрости на 2 млрд м³. На сьогодні Україна займає дев'яте місце у світі з використання блакитного палива. Тому важливою є потреба зменшення споживання природного газу в промисловості й житлово-комунальному господарстві. Нині пошук альтернативних енергоносіїв як ніколи актуальний. Теоретичні поклади шахтного метану на українських вугільних копальнях становлять 3 трлн м3. Деякі газові свердловини на вугільних родовищах можуть дати 6 млн м3газу на добу. Проте у зв'язку зі складністю його промислового видобування і дорогим обладнанням, яке в Україні не виробляється, проблема видобутку шахтного метану — це, насамперед, технологічна проблема, що потребує значних інвестицій.

Супутній газ нафтових родовищ в Україні не використовується. Це той самий газ, який спалюють у факелах біля місця видобування. За хімічними властивостями він здебільшого їдкий і агресивний, тому його важко зберігати, переробляти у конденсат і транспортувати до споживачів. За оцінками експертів, в Україні згорає у факелах в еквіваленті теплотворності до тонни сирої нафти понад 30 млн т некондиційного супутнього горючого газу. Якщо цю кількість помножити на вартість тонни нафти, то лише на українських родовищах у трубу щороку "вилітає" майже 11 млрд дол. США. Звичайно, варто враховувати, що некондиційний газ значно дешевший ніж нафта. Проте навіть якщо він удвічі дешевший, щорічні втрати в обсязі 5 млрд дол. США — це занадто. Якщо опанувати спеціальні технології, цей газ можна переробляти, транспортувати й за допомогою нього обігрівати будівлі взимку. При цьому видобувні компанії отримуватимуть значний прибуток.

Проблемам використання нетрадиційних, відновлюваних і позабалансових джерел енергії (НВДЕ) значну увагу в Україні почали приділяти лише після проголошення незалежності, тоді як у розвинених країнах ці питання вирішували вже з середини 70-х років XX ст., коли почались активні науково-технічні розробки та поступове впровадження технологій на основі НВДЕ.

Розвиток НВДЕ зумовлений такими чинниками:

— під впливом енергетичних криз, що охопили розвинені капіталістичні країни в 70-х роках XX ст., було зроблено песимістичні прогнози стосовно можливостей використання традиційних видів палива в довгостроковій перспективі та значного зростання цін на традиційні види органічного палива навіть у короткостроковій перспективі. У зв'язку з цим почались активні роботи зі створення альтернативних технологій виробництва електро- й теплоенергії, насамперед, на базі відновлюваних джерел енергії: вітру, біомаси та відходів, геліо- та геотермальної енергії;

— водночас проблеми забруднення навколишнього середовища хвилювали широкі верстви населення, насамперед, в індустріально розвинених демократичних країнах. Це забезпечило значну економічну підтримку розвиткові екологічно чистих технологій виробництва електроенергії як на рівні управління державою, так і на рівні місцевої влади, з огляду на політичні міркування щодо підтримки громадянами на виборах у відповідні органи влади;

— із середини 80-х років XX ст. визначили особливу небезпеку продовження неконтрольованого збільшення викидів газів, що спричинюють парниковий ефект: СО₂, СН₄, N₂О, С_хН_у, NО_х та деяких інших. Зростання цих викидів, як свідчать проведені в багатьох країнах світу дослідження, може зумовити екологічну катастрофу. Тому нині багато держав взяли на себе зобов'язання (Кіотський протокол) щодо обмеження викидів таких газів, що буде важко забезпечити без широкого впровадження відновлюваних джерел енергії;

— розв'язання соціально-економічних проблем шляхом створення нових ринків високотехнологічного обладнання, робочих місць тощо.

На початковому етапі впровадження технологій виробництва енергії на базі НВДЕ здійснювалося за допомогою політики значної підтримки нетрадиційної та відновлюваної енергетики в розвинених країнах світу, адже з огляду на економічну ефективність, вони значно поступалися традиційним технологіям виробництва паливно-енергетичних ресурсів, а істотна частка технологій використання НВДЕ і на сьогодні є неконкурентоспроможною стосовно традиційних технологій, незважаючи на суттєве поліпшення їх техніко-економічних показників. А втім, для деяких технологій використання НВДЕ зумовлюється екологічними чинниками, а не виробництвом паливно-енергетичних ресурсів: виробництво біогазу з каналізаційних стоків, відходів тваринництва і птахівництва, спалювання відходів та утилізація метану зі звалищ побутових твердих відходів тощо, а деякі технології використання НВДЕ можуть лише доповнювати традиційну енергетику, що, насамперед, стосується використання енергії вітру, оскільки потужність вітроелектростанцій слід майже на 100 % резервувати традиційними електростанціями з метою забезпечення надійності електропостачання і нормативної якості електричної енергії.

За часів входження України до СРСР низькі ціни на традиційні енергоресурси, їх великі запаси та практичне нехтування екологічними проблемами спричинювали брак інтересу до розвитку НВДЕ. Після проголошення незалежності ситуація а енергозабезпеченням у країні принципово змінилася, тому впровадження НВДЕ розглядалося як один із заходів щодо зменшення енергетичної залежності України від імпорту енергоресурсів. Більше уваги приділялося також екологічній ситуації в державі.

Плани розвитку НВДЕ у країні конкретизовано та деталізовано в розробленій на виконання Указу Президента України "Програмі державної підтримки розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії, малої гідро- і теплоенергетики" від 2 квітня 1997 р. № 285, яку було схвалено постановою Кабінету Міністрів України від 31 грудня 1997 р. № 1505 як складову Національної енергетичної програми України. Але в умовах складної економічної ситуації та потреби чималих інвестицій на розвиток технологій використання НВДЕ реалізувати ці плани у повному обсязі не вдалося, і як результат — за 1997— 2001 pp. програму НВДЕ виконали всього на 26 %.

Разом із тим значно менші ціни на електро- і теплоенергію в Україні, порівняно з розвиненими країнами світу, де використання НВДЕ набуло найбільших масштабів, об'єктивно стримують розвиток їх використання. Тому, незважаючи на істотний потенціал основних видів відновлюваних джерел енергії, їх практичне використання на сьогодні становить лише незначну частину в паливно-енергетичному балансі України.

Отже, розглянемо альтернативні, або нетрадиційні, та відновлювані джерела енергії. Одним з таких джерел є енергія Сонця. Сонячна енергія — це кінетична енергія випромінювання (в основному світла), що утворюється в результаті термоядерних реакцій у надрах Сонця. Оскільки її запаси майже невичерпні (вчені підрахували, що Сонце "світитиме" ще кілька мільярдів років), вона належить до відтворюваних енергоресурсів.

У природних екосистемах лише невелика кількість (менше 1 %) сонячної енергії поглинається хлорофілом, який міститься у листові рослин та використовується для фотосинтезу, тобто утворення органічної речовини з вуглекислого газу та води. Сонячну енергію потрібно використовувати так, щоб її вартість була мінімальною або взагалі дорівнювала нулю. У міру удосконалення технологій та у зв'язку з подорожчанням традиційних енергоресурсів ця енергія знаходитиме нові сфери застосування. Розсіяність сонячної енергії — головна перешкода для її використання. Лише 3,5 % сонячної енергії, що потрапляє на Землю, може забезпечити всі енергетичні потреби людства на необмежений час.

Сонце — це найпотужніше джерело екологічно чистої енергії. На кожен квадратний метр поверхні земної атмосфери потрапляє 1300 Вт сонячної енергії. Інтенсивність сонячного випромінювання, яке досягає Землі, залежить від кількох факторів, передусім, від географічної широти місцевості. Найбільша вона на екваторі (до 2300кВт/м² на рік), а на широті України (45°) становить майже 1000 кВт/м² на рік.

Оцінювання геліоенергетичних ресурсів здійснюється на основі багаторічних спостережень за властивостями сонячної радіації. Важливими показниками є тривалість сонячного сяйва та хмарність, оскільки переривчатість у процесі потрапляння сонячної радіації (у зв'язку з чим втрачається значна частина енергії) негативно впливає на роботу геліоустановок. Оцінювання потенціалу сонячної енергії включає дані про середній розподіл прямої, розсіяної та сумарної радіації; ці показники відображають загальні закономірності надходження сонячної енергії.

Доцільність використання сонячної енергії у будь-якому районі визначається мінливістю місячних сум сумарної радіації. Найменша мінливість сумарної радіації в Україні спостерігається на Південному березі Криму, де зростання повторюваності ясних днів забезпечує більшу стійкість сонячної енергії. Також досить стійкими показниками потенціалу сонячної енергії характеризуються райони Причорноморської та Приазовської низовин, Донецької й Придніпровської височин, Закарпатської низовини. Отже, Південний берег Криму найліпше забезпечений ресурсами сонячної енергії.

Нині е такі напрями використання сонячної енергії:

— одержання електричної енергії;

— отримання побутового тепла;

— одержання високотемпературного тепла в промисловості й на транспорті.

Найбільших успіхів досягнуто в установках так званої малої енергетики. З метою отримання електроенергії використовують декілька методів. Найперспективнішим вважається метод безпосереднього перетворення випромінювання на електричну енергію за допомогою сонячних батарей. Електроенергію також можна одержувати за допомогою генераторів, які використовують теплову дію сонячних променів (паротурбінні, термоіонні, термоелектричні). Однією з таких станцій є сонячна електростанція (СЕС), побудована в Криму біля Керчі.

Це станція баштового зразка: у центрі кола діаметром 500 м встановлено 70-метрову башту з парогенератором на верхівці, її оточують 1600 геліостатів — рухомих дзеркал площею 5x5 м, які спрямовують сонячні промені на парогенератор, нагрівають у ньому воду і перетворюють її на пару з температурою 300 °С. Пара рухає турбіну з генератором. Потужність станції становить 1200 кВт. Станція експериментальна. За деякими розрахунками, побудовані за таким принципом СЕС можуть мати потужність до 100 тис. кВт. Висота башти такої станції при цьому повинна сягати 200—300 м.

В ясний день геліоустановки можуть використовувати майже всю сонячну радіацію, за винятком ранкових та вечірніх годин, коли її потужність надто мала. Тривалість сонячного сяйва зумовлюється мінливістю хмарності. Наприклад, вона змінюється за рік від 1794 годин (Харків) до 2470 (Сімферополь). Значення середньої тривалості сонячного сяйва за день з квітня до вересня змінюються в межах України від 6 до 11 годин^*57. Звичайно, безперервна тривалість сонячного сяйва забезпечує найменші витрати енергії на розігрівання геліоустановки. Якщо вона перевищує шість годин, то забезпечує рентабельну роботу геліоустановок. Максимальна повторюваність безперервної тривалості сонячного сяйва понад шість годин у квітні — вересні спостерігається на Південному березі Криму (44—48%).

*57: {Клімат України / За ред. В.М. Ліпінського, В.А. Дячука, В.М. Бабіченко. – К.: Вид-во Раєвського, 2003. – С. 270. }

Світлове випромінювання можна вловлювати та використовувати безпосередньо, коли воно досягає Землі, — це безпосереднє використання сонячної енергії. Крім того, сонячна енергія забезпечує кругообіг води, циркуляцію повітря та накопичення органічної речовини в біосфері. Застосування цих енергоресурсів є, по суті, непрямим (опосередкованим) використанням сонячної енергії. Згідно з офіційними даними, якісно спроектований будинок з сонячною опалювальною системою дає змогу економити до 75 % витрат на паливо практично у будь-яких кліматичних умовах. Те саме можна сказати і про гаряче водопостачання. У середньому в домашньому господарстві на нагрівання води витрачається від третини до половини всієї споживаної енергії.

Сонячна енергія може використовуватися також з метою одержання побутового тепла (якщо потрібні джерела тепла 100—150 °С) — опалювання житлових приміщень. Розроблено проекти сонячних будинків, які вже реалізовано в деяких країнах (США, Туркменістан, Узбекистан). Тут застосовується сонячне проміння, що потрапляє на дах і стіни споруди, вкриті спеціальними колекторами тепла, де нагрівається вода до 95 °С. Для зберігання тепла, зокрема, на зимовий період, ніч та хмарні дні частина тепла відводиться у спеціальні резервуари, розміщені в підвальних приміщеннях та заповнені щебенем, А тепло, акумульоване щебенем, використовується тоді, коли в ньому виникає потреба. Влітку сонячна система такого будинку може застосовуватись і для охолодження приміщень (кондиціювання повітря). З цією метою колектори вдень відключаються, а вночі працюють, охолоджуючи щебінь у резервуарах нічним прохолодним повітрям. Потім, протягом жаркого дня, охолоджений щебінь "забирає" тепло з приміщень. Для України ця тема є дуже актуальною, особливо для південних регіонів, де влітку спекотно, а взимку бракує палива.

У таких регіонах сонячна енергія також може використовуватися для приготування їжі, сушіння зерна та фруктів, опріснення води, піднімання води з глибоких колодязів та ін. Уже розроблено досить зручні пристрої для таких потреб, наприклад, параболічні дзеркала діаметром майже 1,5 м. У фокусі такого дзеркала чайник із трьома літрами води закипає за 10 хвилин.

За використанням сонячної енергії на одну особу перше місце у світі займає Кіпр, де 90 % будинків та готелів оснащені сонячними водонагрівачами. В Ізраїлі сонячна енергія забезпечує 65 % гарячого водопостачання. Таку енергію можна перетворювати в електричну; для цього застосовують або фотоелектричні перетворювачі, або роблять це шляхом нагрівання води до температури кипіння з одержанням пари, що спричинює дію турбогенераторів. У Японії у 1998 р. встановлено майже 7000 дахових ("roof-top") сонячних систем. У кінці 1998 р. німецький уряд ухвалив рішення про зведення 100 тис. сонячних дахів у країні. Італія також приєдналася до цієї ініціативи з метою будівництва 10 тис. сонячних дахів.

Для промислових цілей з сонячної енергії можна одержувати високотемпературне тепло (до 3800 °С) у печах. Такі печі працюють у Франції та Узбекистані. Діють вони за тим самим принципом, що й СЕС із парогенератором: система геліостатів спрямовує сонячні промені на велике параболічне дзеркало, в фокусі якого розміщуються проби металів, сплавів або мінералів для плавлення. Порівняно зі звичайними печами сонячні мають низку переваг: розплавлена речовина не взаємодіє з паливом або плавильним тиглем, плавку можна здійснювати в будь-якій атмосфері, така піч не забруднює навколишнє середовище.

Сонячна енергія може використовуватися і на транспорті: для енергоживлення автомобілів, невеликих суден і навіть літаків. З площі кількох квадратних метрів (дах мікроавтобуса) можна отримати енергію для живлення акумуляторів, що рухають машину. У 1982 р. на автомобілі з сонячними батареями на даху без жодної краплі бензину перетнули Австралію із заходу на схід, подолавши за два місяці відстань майже 4 тис. км із середньою швидкістю ЗО км/год. На сонячному літаку здійснили переліт через Ла-Манш.

Головним недоліком сонячної енергії є те, що для цих перетворювальних установок потрібні великі площі, розташовані недалеко (в середньому 80 км) від споживача, адже втрати під час передачі електроенергії можуть бути надто великими. Отже, єдина економічно обґрунтована альтернатива — це сонячна енергетика, яка використовує різноманітні джерела енергії, одержаної від Сонця: гідро- та вітроенергія, деревина чи пряме сонячне проміння. Як свідчать тенденції енергокористування з 1990 до 1998 р., перехід до сонячно-водневої енергетики вже розпочався (табл. 5.1).

Таблиця 5.1. Тенденції світового енергокористування за джерелами,

1990—1998 рр.^*58

*58: {Стан світу 2000: Доповідь Інституту всесвітнього спостереження про прогрес до сталого суспільства. — К.: Інтелсфера, 2000. — С. 18.}

Джерело енергії	Річний приріст, %
Вітрова енергія
Сонячна енергія
Геотермальна енергія
Гідроенергія (1990—1997 pp.)
Нафта
Природний газ
Ядерна енергія
Вугілля

Середньорічна кількість сумарної сонячної радіації на 1 м2 поверхні на території України коливається від 1070 кВт · год у північній частині країни — до 1400 кВт · год, у Криму — ще більше. Загальний річний потенціал сонячної енергії України становить майже 720 ПВт · год; технічний потенціал у середньому — тільки 0,48 % від загального, а доцільно-економічний — 0,16 % від технічного. Таким чином, реальною є річна утилізація майже 54 ТВт · год сонячної енергії^*59.

*59: {Відновлювана енергетика в Україні // Новини енергетики. — К.: Всеукр. енергетичний комітет Всесвітньої енергетичної ради, 2003. — №9. —С. 11.}

Основні показники розвитку сонячної енергетики в період до 2030 р. подано в табл. 5.2.

Термін ефективної експлуатації геліоенергетичного обладнання в південних областях України становить сім місяців (з квітня до жовтеня), а в північних — п'ять (з травня до вересня). В Україні перетворення сонячної енергії в електричну слід спрямовувати, насамперед, на використання фотоелектричних пристроїв. Наявність значних запасів сировини, промислової та науково-технічної бази для виготовлення фотоелектричних пристроїв може не тільки забезпечити потреби вітчизняного споживача, а й понад дві третини виробленої продукції спрямувати на експорт.

Отже, основним показником потенціалу сонячної енергії для будь-якого регіону України є кількість прямої та сумарної радіації за період оптимального використання сонячної радіації, тобто квітень-вересень. Тому найдоцільнішим вважається розміщення геліоустановок на Південному березі Криму, а також Причорноморській, Приазовській та Закарпатській низовинах. Зменшення сонячної радіації у зв'язку з похмурими днями в Українських Карпатах свідчить про недоцільність розташування там систем сонячного теплопостачання. З метою забезпечення потреби в енергії протягом року (а не лише у квітні-вересні) слід комплексно використовувати геліо- та вітро-енергоустановки.

 

Таблиця 5.2. Основні показники розвитку сонячної енергетики в період до 2030 р.

Показник	Сценарій	Одиниця вимірювання
Встановленаелектричнапотужність	Песимістичний	МВт
Базовий	МВт
Оптимістичний	МВт
Виробництво електроенергії	Песимістичний	млн кВт • год
Базовий	млн кВт • год
Оптимістичний	млн кВт • год
Виробництво теплоенергії	Песимістичний	млн Гкал	0,152	0,516	1,319	2,745	5,040
Базовий	млн Гкал	0,228	0,775	1,978	4,118	7,559
Оптимістичний	млн Гкал	0,253	0,861	2,198	4,575	8,399

Вітроенергетика — один із важливих напрямів, який вже набув в Україні істотного розвитку відповідно до Національної енергетичної програми, в якій передбачено перспективи використання нетрадиційних видів енергії до 2010 р. Енергія вітру — це вітротурбіни, що об'єднуються в так звані вітростанції. Вартість спорудження цих установок становить усього 1,25 дол. США в перерахунку на ват, а для АБС та ТЕС, які працюють на вугіллі, — відповідно 5 та 3 дол. США. Сумарна оцінка потужності стійких вітрів у нижніх шарах атмосфери становить 5000 ГВт^*60. Нині вітроенергетичні установки діють майже у 95 країнах світу. Наприклад, Данія одержує 8 % електроенергії від вітру; найпівнічніша земля Німеччини — Шлезвіг-Голдштейн — 11; Наварра, промислова провінція на півночі Іспанії, — 20 %. Серед країн, що розвиваються, передує Індія з її 900 МВт встановленої потужності.

*60: {Акимова ТА., Хаскин В.В. Экология. — М.: ЮНИТИ, 2002. — С. 275.

}

Світові запаси вітроенергії дуже великі. Наприклад, Китай, багатий на вітроенергію, міг би подвоїти виробництво електроенергії лише за допомогою власне вітру. Міністерство енергетики США в реєстрі вітрових ресурсів зазначає, що три штати — Північна Дакота, Південна Дакота і Техас — мають досить великі запаси вітроенергії, придатної для використання, щоб забезпечити всю національну потребу в електроенергії. Україна також має потужні ресурси вітрової енергії річний технічний вітроенергетичний потенціал оцінюється в 30 ТВт • год. Але технічно досяжним і доцільним є використання 15—19 % природного річного обсягу енергії вітру.

Вітрову енергію вже використовували наші попередники. За даними статистики, в дореволюційній Росії налічувалося майже 30 тис. вітряків. Цю установку застосовували майже в кожному українському селі, проте парова машина, а потім двигун внутрішнього згорання витіснили її. Звичайно, можливості використання цього виду енергії в різних місцях Землі неоднакові. Для нормальної роботи вітрових двигунів швидкість вітру не має бути меншою 4—5 м/с у середньому за рік, а краще, коли вона становить 6—8 м/с Для таких установок шкідливі надто великі швидкості вітру (урагани), що можуть їх зруйнувати. Найсприятливішими регіонами, в яких можна використовувати вітрову енергію, є узбережжя морів й океанів, степи, тундра, гірські райони.

Розподіл вітру на території України зумовлюється циркуляцією атмосфери та особливостями рельєфу. На властивості вітрової енергії впливають такі форми рельєфу:

— вузька меридіонально витягнута долина, навколо якої розташовані підвищення до 10 м над її рівнем. Це переважно долини річок у південно-західній і західній частинах України;

— горбиста місцевість, невеликі долини рівнинних або гірських річок, підвищення навколо яких не перевищують 40 м (Правобережжя та Передкарпаття);

— степова рівнина, широкі долини річок з пологими схилами (південні та центральні області України та рівнинна частина Криму);

— невеликі вододільні плато (Донецька і Придніпровська височини);

— круті навітряні схили значних підвищень, вододільні плато великих рік — долини Дніпра і Дністра;

— високі плато та широкі вододіли, гірські перевали (Українські Карпати і Кримські гори).

Основними показниками для розрахунку потенціалу вітрової енергії є середня і максимальна швидкості вітру, за яких може працювати генератор вітроенергоустановки, а також мінімальна швидкість вітру, за якої може працювати вітродвигун. Значний вітровий потенціал характерний для Донецької височини, Причорномор'я та Приазов'я, а також Південного берегу Криму, де середня швидкість вітру досягає в окремих місяцях 7,2—7,6 м/с^*61. Отже, Україна має досить великий кліматичний потенціал вітрової енергії, що забезпечує продуктивну роботу не лише автономних вітроустановок, а й потужних вітроелектростанцій.

*61: { Клімат України /За ред. В.М, Ліпінського, В.А. Дячука, В.М. Бабіченко. — К.: Вид-во Раєвського, 2003. — С. 275.

}

Піонером будівництва вітрових електростанцій (ВЕС) у нашій країні був видатний український вчений, один із основоположників космонавтики, Ю. Кондратюк. Споруджена ним ще у 1931 р. поблизу Севастополя ВЕС потужністю 100 кВт забезпечувала струмом міську мережу понад 10 років. Нині в Європі та США серійно випускаються невеликі ВЕС потужністю від 1,5 до 100 кВт. Особливо актуальним використання енергії вітру в Україні є для Криму. Якщо побудувати ВЕС на кримських яйлах від Керчі до Севастополя, то Крим може стати експортером електроенергії, адже ці ділянки — зони стійких і досить сильних вітрів.

На сьогодні, як відомо, збільшується потреба виявлення найперспективніших місць використання вітрової енергії. Тому можна зробити такі висновки:

— найвищий вітроенергетичний потенціал мають узбережжя Чорного та Азовського морів, Південний берег Криму, вершини Українських Карпат та Кримських гір. У цих районах умови вітровикористання є оптимальними протягом усього року, тому можливе розміщення як потужних ВЕС, так і автономних вітроенергоустановок;

— високий потенціал вітрової енергії властивий для Донецької височини, Причорноморської та Приазовської низовин. Тут протягом року формуються сприятливі умови для вітровикористання й ефективної роботи потужних ВЕС та автономних вітроенергоустановок;

— достатній вітроенергетичний потенціал мають Придніпровська та Подільська височини, де умови вітровикористання досить сприятливі, особливо в холодний період року;

— невисокий вітроенергетичний потенціал і нерівномірний його розподіл протягом року характерний для Поліської та Придніпровської низовин, тому тут доцільно будувати тихохідні вітроенергоустановки з підвищеною рентабельністю в холодну пору року;

— низький вітроенергетичний потенціал властивий для Передкарпаття, Закарпаття та вузьких захищених долин Українських Карпат і Кримських гір, де умови вітровикористання несприятливі.

Отже, в Україні велика кількість територій з вітропотенціалом, що забезпечує значно вищий рівень коефіцієнта використання номінальної потужності (КВНП) вітрових електроустановок (ВЕУ). У Міжнародному науково-технічному центрі (МНТЦ) вітроенергетики НАН України проведено цикл робіт, у результаті яких обрано перспективні площадки для будівництва ВЕС (табл. 5.3).

 

Таблиця 5.3. Прогнозні значення КВНП ВЕУ на деяких перспективних

площадках України^*62

*62: {Відновлювана енергетика в Україні // Новини енергетики. — К.: Всеукр. енергетичний комітет Всесвітньої енергетичної ради, 2003. — № 9. — С. 23.}

№ з/п	Перспективна площадка	КВНП
	Тарханкутська (західний Крим)	0,40
	Чорноморська (північний Крим)	0,40
	Чаганська (північ Керченського півострова)	0,39
	Кінбурнська (Миколаївська область)	0,37

Україну можна вважати лідером із розвитку вітроенергетики серед держав Східної Європи та СНД. Загальна потужність ВЕС — понад 45 МВт. Згідно з проектом Енергетичної стратегії України у 2010 р. потужність вітрових електростанцій має становити 0,25—0,6 млн кВт · год, у 2030 p. — 2—3,35 млн кВт · год. Китай вважав за потрібне встановити понад 150 тис. вітрогенераторів малої потужності (200 Вт) у важкодоступних районах, куди прокладати енергомережі нераціонально. Деякі місцевості в Данії, Німеччині та Іспанії отримують 10—15 % електроенергії з вітрогенераторів. Сучасні вітроустановки провідних німецьких виробників мають значну потужність — від 3000 кВт до 4,5 МВт. В Україні налагоджено серійне виробництво вітрогенераторів потужністю 100 кВт, до серійного виробництва готуються потужніші вітчизняні генератори — на 600 і 1000 кВт.

Реалізація державних національних програм у галузі вітроенергетики на 2010 р. передбачає загальне річне виробництво електроенергії на вітроелектростанціях та автономних вітроустановках близько 5,71 ТВт • год, що дасть змогу забезпечити майже 2,5 % загальнорічного електроспоживання в Україні^*63. Прийнятою постановою Кабінету Міністрів України "Комплексна програма будівництва вітрових електричних станцій в Україні до 2010 р." від 3 лютого 1997 р. № 137 нормативно закріплено потребу прискореного розвитку вітроенергетики в Україні. Отже, виконавчі органи держави визнали доцільність спорудження нових потужностей, що генерують екологічно чисту електроенергію на базі технології перетворення енергії вітру.

*63: {Відновлювана енергетика в Україні // Новини енергетики. — К.: Всеукр. енергетичний комітет Всесвітньої енергетичної ради, 2003. — № 9. — С. 27.}

Тарифна політика щодо вітроенергетики полягає у встановленні тарифу, який відображав би не тільки енергетичну складову продукції ВЕС, а й екологічну як невід'ємний елемент якості електроенергії. Такий тариф, який у світовій практиці називається "зеленим", має формуватися на основі визначення собівартості виробництва екологічно чистої електроенергії на тих електростанціях, що в найближчому майбутньому становитимуть основу української енергетики.

З метою сприяння освоєнню вітчизняного виробництва вітроенергетичних установок та обладнання для вітроенергетики, яке відповідає новітнім досягненням у цій галузі, передбачається активна участь органів державного управління в отриманні ліцензій та необхідних інвестицій для освоєння їх виробництва. Динаміка розвитку потужностей ВЕС в Україні на період до 2030 р. подана у табл. 5.4.

Загальний обсяг інвестицій на розвиток ВЕС у період до 2030 р. становить: для оптимістичного сценарію — майже 2,5 млрд дол. США, для базового — 2 млрд, а для песимістичного — 1,5 млрд дол. США.

 

Таблиця 5.4. Розвиток вітроенергетики в Україні

Показник	Сценарій	Одиниця вимірювання
ВстановленаПотужність ВЕС	Песимістичний	ГВт	0,25	0,5	0,9	1,4	2,0
Базовий	ГВт	0,6	1,12	1,65	2,2	2,8
Оптимістичний	ГВт	0,6	1,2	1,85	2,55	3,35
Виробництво електроенергії	Песимістичний	млрд кВт • год	0,26	0,66	1,58	2,7	4,38
Базовий	млрд кВт • год	0,63	1,48	2,89	4,24	6,13
Оптимістичний	млрд кВт • год	0,63	1,58	3,24	4,91	7,34

Визначення собівартості електроенергії ВЕС здійснюється таким чином (рис 5.2), У розрахунку, поданому на блок-схемі, прийнято нормативи, загальновживані у світовій практиці, а саме:

— вартість основних фондів ВЕС складається із вартості ВЕУ + вартість інших капітальних витрат (будівельно-монтажні роботи, вартість АСУ ВЕС тощо). Ці витрати завершують обчислення капітальних витрат і становлять за нормативом 30 % від вартості обладнання;

— норматив річних експлуатаційних витрат має дорівнювати 2 % від вартості основаних фондів. Ці витрати повністю завершують розрахунок витрат на виробництво електроенергії ВЕС.

Рис. 5.2. Блок-схема і приклад розрахунку собівартості електроенергії ВЕС^*64

*64: {Методичні основи формування "зелених" тарифів на електричну енергію вітрових електричних станцій. – К., 2003. – С. 6. }

Встановлено, що всі показники ефективності інвестиційного проекту будівництва ВЕС, і, зокрема, собівартість електроенергії, найбільше залежать від коефіцієнта використання номінальної потужності (КВНП) ВЕУ. Відповідну залежність для ВЕУ моделей USW56-100