ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 287
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
18
вітроенергетичну станцію, наприклад потужністю 250 кВт (Данія), становлять 40 тис. доларів США, якщо термін окупності – 6,7 року.
Рисунок 2.3 – Вітрова гребля
Застосування вітроелектричних станцій (ВЕС) має такі особливості.
Паралельна робота з мережею. У такому разі електрична енергія, яку виробляє ВЕС, повинна відповідати вимогам якості електричної енергії у мережі. Мережа, зі свого боку, повинна бути здатна сприйняти потужність від ВЕС (пропускна здатність ЛЕП, наявність відповідних лічильників електроенергії тощо) та вчасно реагувати на зміну її кількості.
Автономна робота ВЕС. Для такої роботи ВЕС необхідно встановити акумуляторні батареї, у яких накопичується електрична енергія, яку виробляє вітроагрегат за сприятливих погодних умов. Наявність акумуляторів значно збільшує загальну вартість системи, тому для прийняття остаточного рішення необхідно здійснити техніко-економічні розрахунки.
Автономну
ВЕС можна встановити поєднавши з фотоелектричним модулем.
Пряме перетворення електричної енергії в теплову. Електрична енергія, яку виробляє ВЕС, перетворюється в теплову шляхом нагрівання об’єму води електричними ТЕНами. Отже, акумулятором тепла є вода.
Таку схему можна використовувати для попереднього нагрівання води в системі гарячого водопостачання. Основним недоліком вітроенергетичної галузі є несталість та нерегульованість вітрового потоку. Важливою є також проблема економічної ефективності ВЕС [18, 21, 22].
19
2.1.2 Сучасний стан розвитку вітроенергетичної галузі
Згідно зі звітом Світової вітроенергетичної асоціації, використана потужність енергії вітру у світі на кінець червня 2014 р. становила
336 327 MВт. Із них 17 613 MВт було задано в першій половині 2014 р.
Таке зростання було суттєвим у першій половині 2013 р. та у 2012 р., коли було додано 13,9 ГВт та 16,4 ГВт відповідно. Загальна кількість встановленої потужності енергії вітру на середину 2014 р. становила приблизно 4 % світових потреб щодо електроенергії. Протягом шести місяців світова потужність енергії вітру у світі зросла на 5,5 % (після 5 % за такий самий період 2013 р. і 7,3 % – за 2012 р.), та на 13,5 % за рік
(середина 2014 р. порівняно з серединою 2013 р.). Для порівняння, річні темпи зростання у 2013 р. були нижчими на 12,8 %.
Швидкий розвиток світових ринків вітроенергетики обумовлюється економічними перевагами енергії вітру та
її зростаючою конкурентоспроможністю порівняно з іншими джерелами електроенергії, а також гострою необхідністю використання технологій без шкідливих викидів з метою зменшення наслідків впливу на клімат та уникнення забруднення повітря.
Провідними ринками вітроенергетики у 2014 р. були Китай,
Німеччина,
Бразилія,
Індія та
США; п’ять традиційних країн використовують традиційно вітроенергетику: Китай, США, Німеччина,
Іспанія та Індія. Разом вони виробляють 72 % світової потужності вітроенергетики. Щодо нових доданих потужностей, частка Великої п’ятірки збільшилася з 57 % до 62 %.
Китайський ринок продемонстрував дуже високу ефективність та додав 7,1 ГВт, що значно більше порівняно з попередніми роками.
Загальна потужність вітроенергетичної галузі Китаю у червні 2014 р. досягла 98 ГВт. На сьогодні вона становить 100 ГВт. Німеччина також продемонструвала хороші результати, додавши 1,8 ГВт за першу половину
2014 року. Цей новий рекорд, без сумніву відображав очікувані зміни у законодавстві країни щодо вітроенергетики, що призвело до сповільнення ринку Німеччини.
Бразилія вперше увійшла до групи лідерів як третій за обсягом оновлення вітротурбін з потужностями до 1,3 ГВт, що становило 7 % обсягу продаж нових вітротурбін. Одночасно Бразилія стала безперечним лідером в Латинській Америці.
20
Індія зберегла друге місце в Азії та п’яте у світі показником нових потужностей вітроенергетики який становить 1,1 ГВт.
Ринок США після розвалу у 2013 р. продемонстрував потужні ознаки відновлення. Обсяги його ринку становили 835 МВт, випереджаючи
Канаду (723 МВт), Австралію (699 МВт) та Великобританію, яка наполовину зменшила обсяги свого ринку та досягла у першій половині
2014 р. 649 МВт.
Ринок Іспанії не взяв участі у загальному зростанні вітроенергетичної галузі в 2014 р., оскільки там відбувся фактичний застій, встановлено лише
0,1 МВт нових потужностей у першій половині 2014 р.
У 2013 р. чотири країни використали більше, ніж 1 ГВт кожна у першій половині 2014 р.: Китай (7,1 ГВт нових доданих потужностей),
Німеччина (1,8 ГВт), Бразилія (1,3 ГВт) та Індія (1,1 ГВт).
До першої десятки країн, що активно використовували вітрову енергію, увійшли ті, які у першій половині 2014 р. продемонстрували однакові показники, хоча ефективність незначно підвищилася. У п’яти країнах показники були кращими ніж у 2013 р.: Китай, США, Німеччина,
Франція та Канада. У п’яти країнах на ринку відбувся спад: Іспанія,
Великобританія, Італія, Данія та, у меншою мірою, Індія. Ситуація на ринках Іспанії та Італії була стабільнішою: 0,1 МВт та 30 МВт нових потужностей відповідно. Польща на сьогодні за встановленими потужностями входить до переліку 15-ти перших країн, тоді як Японія вибула з цього списку.
Великобританія та Німеччина, які розміщують вітроелектростанції і на морі, найближчим часом можуть стати лідерами за розвитком.
2.1.3 Потенціал використання вітроенергетики в Україні
Вітроенергетика в Україні начала розвиватися у 1996 року, коли була спроектована Новоазовська ВЕС, проектна потужністю якої становила
50 МВт. У 1997 році почала працювати Трускавецька ВЕС. До 2000 року в
Україні працювало вже 134 турбіни та було закладено приблизно
100 фундаментів під турбіни потужністю 100 кВт. У 1998–1999 роках розпочали роботу ще три нові вітроелектричні станції.
Значно пришвидшилося будівництво вітроелектростанцій з
2009 року, коли в Україні було запроваджено «зелений» тариф.
Інститутом відновлюваної енергетики НАН України складено карту
21
вітроенергетичного потенціалу нашої країни (дод. А). Найбільш привабливими для використання енергії вітру регіонами України є узбережжя Чорного та Азовського морів, гірські райони тимчасово окупованої АР Крим, територія Карпатських гір, Одеська, Херсонська та
Миколаївська області.
Станом на
01.01.15 р. встановлена в
Україні потужність вітроелектростанцій становила 514 МВт (лише 0,93 % загального обсягу генерувальних потужностей). У 2014 році ці електростанції виробили понад 1171 млн кВт∙г електроенергії.
2.2 Гідроенергетика
2.2.1 Стисла характеристика розвитку гідроенергетичної галузі
Гідроенергетика – галузь відновлюваної енергетики, що базується на використанні енергії течії води.
У наш час у світі активізувалося будівництво та використання малих гідроелектростанцій (далі–МГЕС).
Відповідно до чинної класифікації до
МГЕС належать гідроелектростанції, потужність яких становить 1–10 МВт, до міні-ГЕС –
200–1000 кВт, до мікроГЕС – не більше 200 кВт.
Перевагами малої гідроенергетики є такі:
– електроенергію виробляють, не використовуючи викопного органічного та ядерного палива;
– значний термін використання та висока надійність експлуатації;
– передбачуваність та забезпеченість режимів роботи;
– висока маневреність і коефіцієнт готовності;
– можливість повної автоматизації процесу експлуатації;
– мінімальний вплив на навколишнє середовище в разі антипатичного вибору місця розташування та дотримання вимог екологічного законодавства;
– мінімальний вплив на ландшафт та незначне відчуження земельних ділянок;
– додаткові можливості для ведення рибного господарства, зрошення, водопостачання.
Водяні турбіни малої та середньої потужності, які використовують у
«малій» енергетиці, як і у «великій», поділяються на турбіни з віссю,
22
розташованою вздовж потоку, та з віссю, розташованою перпендикулярно до потоку.
Для «малої» гідроенергетики найскладнішими з технічного боку є проектування турбоагрегатів для заданого потоку води або, навпаки, створення заданої витрати й швидкості води для певної турбіни.
Проектування та встановлення гідротурбін має свої особливості, за якими вони відрізняються від парових і газових. Парові та газові турбіни працюють у комплексі з відповідним чином спроектованими й підібраними джерелами енергії, які співпадають із номінальною потужністю агрегатів.
Під час проектування гідроагрегатів ураховують діапазон оцінювання потужності потоку робочого тіла, унаслідок чого виникають складності проектування та будівництва.
Найбільш трудомістким і складним різновидом робіт у процесі будівництва гідростанцій є спорудження захисних і напірних дамб, а також водоспадних каналів. Зведення цих споруд останніми часом значно спростилося внаслідок використання нових матеріалів і готових виробів.
Незаперечною перевагою гідростанцій є сталість і стабільність їхньої роботи в мережі, на яку не впливають час доби і сезонні зміни. Слід зазначити, що незначну залежність від сезонних змін вдається забезпечити не на всіх гідростанціях. Найбільше піддаються впливу сезонних змін міні-ГЕС Крайнього Півдня та північних регіонів, тому необхідно старанно обирати місце будівництва.
2.2.2 Сучасний стан розвитку гідроенергетичної галузі
На сьогодні використовують понад 800 ГВт гідроенергетичних потужностей, а річний обсяг виробництва електроенергії становить близько 7080 ТВт∙год. За оцінкою Міжнародного енергетичного агентства,
5 % світового потенціалу гідроенергетики реалізується через МГЕС.
Технічний потенціал «малої» гідроенергетики визначають на рівні
150–200 ГВт. Передбачається, що до 2020 року внаслідок використання потенціалу «малої» гідроенергетики в загальному виробництві енергії обсяг економії органічного палива буде становити 69 і 99 млн т у. п. за песимістичними й оптимістичними прогнозами розвитку світової енергетики відповідно.
Більша частина неосвоєного потенціалу гідроенергетики знаходиться в Африці, Азії і Латинській Америці.
23
За даними Міжнародної організації з використання поновлюваної енергії в країнах, що розвиваються (РЕН21), економічно досяжний потенціал гідроенергії повинен становити 7300 ТВт∙год на рік.
До МГЕС у більшості країн ЄС належать гідроенергетичні установки, потужність яких становить до 5 МВт (Австрія, Німеччина, Польща,
Іспанія, Франція тощо). В Італії, Швейцарії та Латвії малими вважають
ГЕС, потужність яких становить до 3 МВт, у інших країнах – до 10 МВт
(Греція, Ірландія, Португалія, Україна).
Комітетом ООН із промислового розвитку встановлено, що, до МГЕС належать гідроелектростанції із потужністю до 10 МВт. У США після запровадження заходів щодо стимулювання розвитку
«малої» гідроенергетики внесено зміни до класифікації її потужностей: верхню межу підвищено з 5 до 15 МВт.
Серед розвинених країн перше місце посідає Китай (47 ГВт), друге –
Японія (4 ГВт), третє – США (3,4 ГВт). П’ятірку лідерів завершують Італія та Бразилія. На початок 2009 року сумарна потужність МГЕС збільшилася до 85 ГВт, а лідером залишився Китай (51 ГВт). У першу п’ятірку увійшли
Японія (3,3 ГВт), США (3 ГВт), Італія (2,6 ГВт), Бразилія (1,8 ГВт),
Німеччина (1,4 ГВт).
МГЕС (установки із потужністю до 10 МВт) відіграють важливу роль під час досягнення цілей, визначених Європейським Союзом на період до
2020 р. Оскільки вони мають багато переваг в умовах реалізації усе більш вимогливого екологічного регулювання, використовують саме їх.
Прикладом є Європейська водна рамкова директива та відомості, зазначені у мережі Натура 2000 (Natura 2000), щодо захисту використовуваних ділянок, які свідчать про те, що збільшення використовуваних МГЕС тут зменшились.
У 2012 р. Німеччина знову зайняла друге місце: результат становив
7,2 ГВт. За даними Робочої групи Міністерства екології зі статистики відновлюваної енергії (AGEE-Stat), використання МГЕС збільшилося, на
22,8 %, тобто було досягнуто рівня 2008 р. Визначна потужність була суто статистичною, вона зменшилась на 8 МВт і досягла показника 10 780 МВт за рік. На нових та реконструйованих установках в Німеччині можна використовувати новий пільговий тариф за умови, що вони відповідають вимогам Федерального закону про управління водними ресурсами.
Пільговий тариф становить 0,034–0,127 Євро/кВт∙год, він обумовлюється потужністю установки та датою її запуску. Виробники можуть також
24
обрати ринкові ціни з урахуванням знижки для дилерів. До того ж останні щомісяця потрібно переглядати.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2.2.3 Потенціал використання гідроенергетики в Україні
Значний потенціал використання ресурсів малих річок (розташований, головним чином у її західних регіонах). Він становить майже 28 % загального гідропотенціалу всіх річок України.
Використовуючи гідропотенціал малих річок України, можна досягти значної економії паливно-енергетичних ресурсів, до того ж розвиток
«малої» гідроенергетики сприятиме децентралізації загальної енергетичної системи, що дасть змогу вирішити низку проблем щодо енергопостачання віддалених і важкодоступних районів сільської місцевості [18, 21, 22].
Мікро-, міні- та малі ГЕС можуть стати потужною основою енергозабезпечення всіх регіонів Західної України, а деякі райони
Закарпатської та Чернівецької областей будуть повністю забезпечені енергією.
Україна має достатній науково-технічний потенціал для вирішення проблем розвитку «малої» гідроенергетики і значний досвід у галузі проектування й розроблення конструкцій гідротурбінного обладнання.
Українські підприємства володіють необхідним виробничим потенціалом для оснащення малих ГЕС вітчизняним обладнанням.
Вода не забруднює атмосферу. Гідроенергетична галузь виробляє 8 % від загальної встановленої потужності електрогенерувальних об’єктів нашої країни. Нові об’єкти можна розміщувати у будь-якому регіоні, де є малі або великі річки. В Україні налічується понад 22 тис. річок, але лише
110 із них довші за 100 км, тому основні ресурси гідроенергетичної галузі зосереджені на малих річках.
Водночас під час спорудження гідроенергетичних об’єктів можуть затоплюватися великі ділянки землі, що призводить до зникнення цінних порід риб та втрати родючих ґрунтів.
Із огляду на це подальший розвиток гідроенергетики потребує усунення екологічних ризиків.
На сьогодні потенціал гідроенергетики (дод. Б) використовуються на
60 %, здебільшого шляхом залучення Дніпровського каскаду та інших великих
ГЕС.
Залишок потенціалу можна реалізувати шляхом встановлення нових та відновлення старих потужностей малих ГЕС.
Станом на 1 січня 2015 року в Україні діяло 102 МГЕС із
25
встановленою загальною потужністю близько 80 МВт. У 2015 році ними вироблено 251 млн кВт∙год. Потрібно зазначити, що в 1960-х роках минулого сторіччя в Україні існувало понад 1000 малих ГЕС. Деякі з них є можна відновити.
Основним недоліком будівництва МГЕС, особливо на гірських річках,
є загроза порушення природного стану екологічної системи, тому необхідно постійно здійснювати перевірку екологічних ризиків таких станцій.
Відповідно до Національного плану дій з відновлюваної енергетики
(НРЕАП), шляхом модернізації наявних потужностей, відновлення старих малих гідроелектростанцій, будівництва та введення в експлуатацію нових генерувальних потужностей гідроенергетики виробництво електроенергії в Україні у 2020 році може бути таким:
– мікро- та міні-ГЕС – до 130 ГВт∙год (якщо їхня загальна потужність становить 55 МВт);
– малі ГЕС – до 210 ГВт∙год (якщо їхня загальна потужність –
95 МВт);
– великі ГЕС – до 12 950 ГВт∙год (якщо їхня загальна потужність –
5 200 МВ.
2.3 Сонячна енергетика
2.3.1 Стисла характеристика становлення сонячної енергетики
Сонячна енергетика – напрям альтернативної енергетики, заснований на безпосередньому використанні сонячного випромінювання для отримання енергії в будь-якому вигляді [18, 21, 22, 39].
Енергія сонця безпечна для довкілля. Її можна виробляти до поки світитиме Сонце. Сонячне випромінювання доцільно використовувати для вироблення теплової та електричної енергії, що можна здійснювати на всій території України [14, 39].
Станції, які працюють на сонячній енергії (геліостанції) (далі – СЕС), взагалі безшумні. Їхніми істотним недоліком є те, що такі станції займають великі площі. Кожен 1 МВт потужності СЕС потребує щонайменше 1,5 га землі. Негативним також є те, що енергія виробляється – непостійно.
На сьогодні СЕС виробляють приблизно 4 % електроенергії, що припадає на всі відновлювальні джерела енергії у світі. Сонячна енергія