Файл: Виготовлення.pdf

26
перетворюється в електричну здебільшого шляхом використання фотоелектричних елементів.
Використовуючи енергію Сонця, можна частково забезпечити електроенергією мешканців приватного сектору (паралельно до роботи електричної мережі). Для цього використовують фотоелектричні елементи, які розташовують на даху будинку.
Для вироблення тепла в приватних будинках в системі гарячого водопостачання можна застосовувати сонячні колектори (далі – СК).
Сонячні колектори здатні нагрівати воду до 70 °С. Удень СК перетворює енергію Сонця в теплову, яка нагріває воду, що накопичується в теплоізольованих ємностях (баках-акумуляторах). Із баків-акумуляторів вода подається в систему гарячого водопостачання. СК встановлюються на даху будинку, а накопичувальну ємність і допоміжне обладнання монтують в технічному приміщенні. Різновиди сонячних колекторів надано на рисунку 2.4. а
б
Рисунок 2.4
– Види сонячних колекторів: а – плоский; б – вакуумний, із прямою передачею тепла воді
Експлуатаційні витрати на роботу системи гарячого водопостачання на базі СК мінімальні, адже електрична енергія витрачається тільки на роботу циркуляційного насоса. Наприклад, якщо потреби громадського закладу становлять 650 л/добу гарячої води, пласкі сонячні колектори повинні виробляти теплову енергію потягом року 8,7 МВт∙год (7,5 Гкал). У такому разі для роботи циркуляційного насоса витрачається приблизно
180 кВт·год електричної енергії.
Сонячні фотоелектричні елементи (далі – ФЕ) безпосередньо перетворюють сонячне світло на електроенергію. У наш час на світовому ринку домінують кристалічний кремній (c-Si) і так звані тонко-плівкові

27
технології (далі – ТП). В ФЕ-системах на основі кристалічного кремнію високої чистоти використано елементи, зібрані в модулі й електрично з’єднані. Тонко-плівкові технології ФЕ беруться на використання тонкого шару напівпровідникового матеріалу, нанесеного на скло, полімер або метал. ФЕ на основі кристалічного кремнію є найдавнішими і на сьогодні становлять домінуючу фотоелектричну технологію, що забезпечує приблизно 85–90 % ринку фотоелектрики.
Підприємства, що виробляють концентровану сонячну енергію (далі –
КСЕ), використовують дзеркала для концентрування сонячного випромінювання на приймач, який збирає та передає цю енергію до теплопровідної рідини, яку застосовують як для кінцевого використання, так і для генерування електричної енергії за допомогою звичайних парових турбін. Великі КСЕ-підприємства можуть бути оснащені системами акумулювання тепла для постачання теплової енергії споживачам та генерування електричної енергії вночі або у хмарний день.
Відомо чотири різновиди КСЕ-підприємств, а саме: з параболічним рефлектором, рефлектором Френеля, сонячною баштою та параболічним лотком, які різняться за конструкцією, конфігурацією дзеркал та приймачів, робочою рідиною для передавання енергії та наявністю або відсутністю теплового накопичувача. Перші три різновиди здебільшого застосовуються на електростанціях із централізованим виробництвом електрики.
Найтехнологічнішою
є система, де використовується параболічний рефлектор. Сонячні параболічні лотки більш придатні для розподільного видобутку електрики.
КСЕ-підприємства для функціонування потребують прямого сонячного випромінювання, тому їх застосовують у регіонах «сонячного поясу» – на 40˚ північніше та південніше екватора.
Сонячні ФЕ-технології обирають, ураховуючи початкові витрати, ефективність модуля та тарифи на електроенергію. У країнах, де сонячні ресурси значні, а тарифи на електроенергію високі, вартість електроенергії для населення, виробленої фотоелектричними системами, та роздрібні ціни на неї співпадають.
На малопотужних станціях місцем для встановлення фотоелементів можуть слугувати дахи будинків, якщо вони характеризуються значною опорною здатністю.
Фотоелементи широко використовують і для автономного освітлення.
Попит на них постійно зростає у зв’язку з розвитком технологій та

28
зменшенням вартості обладнання.
2.3.2 Потенціал використання сонячної енергетики в Україні
Середньорічна кількість сумарної енергії сонячного випромінювання, яка щорічно надходить на територію України, в північній частині України становить 1 070 кВт∙год/м² і 1 400 кВт∙год/м² і більше – в АР Крим.
За інтенсивністю сонячної радіації територію України умовно можна розділити на чотири зони (дод. В).
Фотоенергетичне обладнання можна ефективно використовувати протягом усього року, проте максимально ефективно – протягом семи місяців на рік – із квітня по жовтень.
В умовах України сонячну енергію перетворюють на електричну насамперед за допомогою фотоелектричних пристроїв. Значні запаси сировини, наявність промислової й науково-технічної бази для виготовлення фотоелектричних пристроїв дають змогу не тільки забезпечити потреби вітчизняних споживачів, а й більше двох третин виробленої продукції експортувати.
На 01.01.15 року в Україні діяло 98 сонячних станцій загальною встановленою потужністю 819 МВт. У 2014 році на них вироблено
485 млн кВт∙год електричної енергії.
Беручи до уваги досвід упровадження сонячних електростанцій в
європейських країнах, де рівень сонячного випромінювання надійний, а також з огляду на світові тенденції щодо постійного зменшення собівартості будівництва СЕС унаслідок розвитку новітніх технологій, в
Україні внаслідок удосконалення технологій та введення в експлуатацію нових потужностей на
СЕС можна виробляти значно більше електроенергії.
2.4 Геотермальна енергетика
2.4.1 Стисла характеристика розвитку геотермальної енергетики
Геотермальна енергетика базується на виробництві електричної і теплової енергії шляхом використання теплової енергії, що міститься в надрах землі. [35].
Геотермальна енергія – це теплова енергія Землі, яка утворюється внаслідок розпаду радіоактивних речовин у земній корі та мантії.

29
Температура земної кори підвищується углиб на 2,5–3 °С через кожні
100 м (так званий геотермальний градієнт). Так, на глибині 20 км вона становить близько 500 °С, на глибині 50 км – близько 700–800 °С, а в ядрі
Землі – понад 5000 °С. У певних місцях, особливо по краях тектонічних плит материків, а також у так званих «гарячих точках», температурний градієнт майже в 10 разів більший, а на глибині 500–1000 м температура порід сягає 300 °С. Однак, якщо температура земних порід і не така висока, геотермальних енергоресурсів достатньо.
Усе природне тепло, яке міститься в земній корі, можна розглядати як
геотермальні ресурси двох різновидів:
1) пара, вода, газ;
2) розігріті гірські породи.
Головним джерелом є постійний потік тепла з розжарених надр, спрямований до поверхні землі. Цього тепла достатньо для постійного нагрівання порід. Підземні води теж дуже нагріваються цим теплом – іноді до температури 371 °С. Потрібно зауважити, що геотермальні ресурси не можуть утворитися без достатньої кількості наявних у гірських породах дрібних тріщин та порожнин, так званого геотермального резервуару, у якому вони, власне, і формуються. Розміри резервуару становлять від кількох тисяч кубічних метрів до кількох кубічних кілометрів.
Гідротермальні джерела енергії поділяються на термальні води, пароводяні суміші і природну пару.
Для отримання теплоти, акумульованої в надрах землі, її спочатку треба підняти на поверхню. Для цього бурять свердловини і, якщо вода досить гаряча, вона піднімається на поверхню природним чином, за нижчої температури може знадобитися насос.
Геотермальні води – екологічно чисте джерело енергії, що постійно відновлюється. Воно суттєво відрізняється від інших альтернативних джерел енергії тим, що його можна використовувати незалежно від кліматичних умов і пори року.
2.4.2 Сучасний стан геотермальної енергетики у світі
Потужність геотермальної електроенергетики країн Європейського
Союзу дещо збільшилась у 2012 р. (на 0,5 %) – до 783 МВт або на 4 МВт більше, ніж у 2011 р.), що контрастує з валовим показником виробництва електроенергії, який зменшився порівняно з 2011 р. (на 2,1 %) до

30 5,8 МВт∙год у 2012 р.
Енергетичні геотермальні запаси Італії сконцентровано у трьох основних зонах – Лардерелло, Травале-Радікондолі та Монте Аміата. За даними провідної компанії італійської електромережі «Терна», потужність геотермальної енергетики в країні не змінилася з 2010 р. вона стабілізувалася на рівні 728,1 МВт, хоча виробництво дещо скоротилося
(на 1,1 %) – з 5654 до 5592 ГВт∙год.
У Португалії для виробництва електроенергії використовують геотермальні ресурси розташовані на архіпелазі вулканічних Азорських островів (о. Сан-Мігель). За даними Генеральної дирекції енергетики та геології, діюча потужність у цій країні стабілізувалася на рівні 25 МВт.
Виробництво електроенергії на базі геотермальних джерел у цій країні суттєво знизилося у зв’язку з витратами на технічне обслуговування і скоротилося на 30,5 % порівняно з попередніми роками (до 146 ГВт∙год у
2012 р.).
У Франції більша частина джерел високотемпературної геотермальної енергії розташована на приморській території – у Буянті й Гваделупі. Їхня чиста потужність становить 16 МВт. На наступні роки заплановано збільшити їхні потужності на 20 МВт. Генеральна дирекція енергетики та клімату встановила обсяг виробництва енергії для цих електростанцій на рівні 51 ГВт∙год (2012 р.). Електростанція, чиста потужність якої становить
1,5 МВт, функціонує в місцевості Сульц-су-Форе, де використовується геотермальна енергія гарячих сухих порід (петротермальна геотермія).
За даними AGEE-Stat, Робочої групи Міністерства екології зі статистики відновлюваної енергії, чиста встановлена геотермальна потужність у Німеччині зросла у 2012 р. на 4 МВт, оскільки запрацювала електростанція в Інсхаймі. Зараз у країні функціонує чотири геотермальні когенераційні електростанції в Інсхаймі, Ландау, Брухсалі (долина Рейну) та в Унтерхахінгу (Баварія). Таким чином, виробництво геотермальної енергії в Німеччині поступово зростає і у 2012 р. становило 25 ГВт
(порівняно з попереднім роком збільшилося на 31,6 %). У 2013 р. було введено в експлуатацію ще дві електростанції: в Дюрнхаарі (5,5 МВт) та
Кірхштокаху (5,5 МВт). Обидві вони розташовані в Баварії. До того ж номінальна електрична потужність зросла до 23,3 МВт. У Німеччині заплановано суттєво збільшити геотермальну потужність шляхом упровадження привабливого пільгового тарифу – 0,25 Євро/кВт∙год протягом двадцяти років. Тариф буде зменшено на 5 % з 2019 року. Із

31
огляду на це набувають популярності нові проекти, що дають змогу використовувати найкращий тариф, термін дії якого ще не завершився.
Упроваджуються близько десяти проектів, загальна потужність яких становить більше 36 МВт, процес розроблення нових проектів продовжуються. За даними Європейської ради геотермальної енергетики, до кінця 2015 р. геотермальна електрична потужність Німеччини зросте до
60–70 МВт.
За прогнозами Національного плану дій з відновлюваної енергетики країн Європейського Союзу, застосування геотермальної енергії як електричної буде сприяти збільшенню її виробництва в 2020 р. у два рази, тобто вона буде становити 10,9 ТВт∙год за 1613 МВт установленої потужності. Для досягнення цього показника не лише країни-виробники геотермальної енергії повинні значно збільшити наявні встановлені потужності (в Італії – до 920 МВТ, у Німеччині – до 298 МВт, у Франції – до 80 МВт, у Португалії – до 75 МВт), але й інші країни повинні розвивати власні сектори, наприклад: Греція – 120 МВт, Угорщина – 57 МВт,
Іспанія –50 МВт, Словаччина – 4 МВт. Таких результатів розвитку можна буде досягти внаслідок використання установок подвійного циклу.
Відповідно до опублікованих у листопаді 2011 р. Національних планів дій з відновлюваної енергетики, до 2020 р. обсяг виробництва енергії на геотермальних установках повинен значно зрости. Очікуваний обсяг виробництва тепла – 2630,7 тис. т. у. п., проміжний у 2015 р. – у 1348,1 тис. т. у. п. Для виконання поставленої мети необхідні значні інвестиції. Із огляду на це набуває актуальності політика стимулювання, що забезпечить пріоритетність геотермального тепла порівняно з викопними джерелами палива. Отже, потрібно працювати на випередження [14].
2.4.3 Потенціал використання геотермальної енергетики в Україні
Україна має певний потенціал для розвитку геотермальної енергетики
(дод. Г). Це обумовлено термогеологічними особливостями рельєфу країни та наявними геотермальними ресурсами.
Визначено шість пріоритетних напрямів розвитку геотермальної енергетики:
– створення геотермальних станцій для теплопостачання міст, населених пунктів і промислових об’єктів;
– створення геотермальних електростанцій;

32
– створення систем теплопостачання з підземними акумуляторами тепла;
– створення сушильних установок;
– створення холодильних установок;
– створення схем геотермального теплопостачання теплиць.
Проте на сьогодні наукові, геолого-розвідувальні та практичні роботи, що проводяться в Україні стосуються тільки геотермальних ресурсів, зокрема термальних вод. За різними оцінками, економічно-доцільний енергетичний ресурс термальних вод України становить приблизно
8,4 млн т. н. е./р.
Освоєння термальних вод здійснювалося і на тимчасово окупованій території АР Крим, де було споруджено 11 геотермальних циркуляційних систем відповідно до сучасних технологій видобування геотермального тепла землі. Усі геотермальні установки були дослідно-промисловими.
Великі запаси термальних вод виявлено і на території Чернігівської,
Полтавської, Харківської, Луганської та Сумської областей. Свердловини, у яких виявлено термальні води у законсервованому стані, надалі можуть бути використані як джерела геотермального тепла.
Під час розрахування можливих обсягів споживання низькотемпературних геотермальних ресурсів у геокліматичних умовах різних регіонів України необхідно враховувати те, що їхня інтенсивна експлуатація може призвести до зниження температури ґрунтового масиву та до їх швидкого виснаження. Необхідно постійно підтримувати такий рівень використання геотермальної енергії, який дав би змогу експлуатувати джерело енергетичних ресурсів без шкоди для навколишнього середовища. Для кожного регіону України встановлено показники певної максимальної інтенсивності видобування геотермальної енергії, яку можна підтримувати тривалий час.

33
Для України біоенергетика є одним із стратегічних напрямів розвитку сектору відновлюваних джерел енергії, оскільки залежність країни від
імпортних енергоносіїв, зокрема, природного газу, і великий потенціал біомаси, доступної для виробництва енергії є значними [30, 32, 91-108].
Таблиця 2.3 – Енергетичний потенціал біомаси в Україні, 2014 р.
Різновид біомаси
Теоретичний потенціал, млн т
Частка, доступна для отримання енергії, %
Економічний потенціал, млн т у.п.
Солома зернових культур
30,6 30 4,54
Солома ріпаку
4,2 40 0,84
Відходи виробництва кукурудзи на зерно (стебла, стрижні)
40,2 40 4,39
Відходи виробництва соняшнику
(стебла, кошики)
21,0 40 1,72
Вторинні відходи с/г (лушпиння, жом)
6,9 75 1,13
Деревна біомаса (дрова, порубкові залишки, відходи деревообробки)
4,2 90 1,77
Біодизель (з ріпаку)
–
–
0,47
Біоетанол (з кукурудзи та цукрових буряків)
–
–
0,99
Біогаз з відходів та побічної продукції агропромислового комплексу
1,6 млрд м
3
метану (СН4)
50 0,97
Біогаз з полігонів твердих побутових відходів
0,6 млрд м
3 метану (СН4)
34 0,26
Біогаз із стічних вод (промислових та комунальних)
1,0 млрд м
3
метану (СН4)
23 0,27
Енергетичні культури:
– верба, тополя, міскантус,
– кукурудза (біогаз)
11,5 млрд м
3
метану (СН4)
3,3 млрд м
3
метану (СН4)
90 90 6,28 3,68
Торф
–
–
0,40
Усього
–
–
27,71
Водночас потрібно зауважити, що темпи розвитку біоенергетики в
Україні є істотно меншими порівняно з європейськими.

34
РОЗДІЛ 3 БІОЕНЕРГЕТИЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ УКРАЇНИ
3.1 Проблема визначення єдиної назви термінів «біомаса»,
«біопаливо» і «біоенергія»
Термін «біомаса» має два співвідносних із зазначеними у законодавчих документах значеннями:
1) «невикопна, біологічно відновлювана речовина органічного походження у вигляді відходів лісового та сільського господарства
(рослинництва і тваринництва), рибного господарства та технологічно пов’язаних із ними галузей промисловості, що зазнає біологічного розкладу, а також складова промислових або побутових відходів здатна до біологічного розкладу» (Закон України «Про електроенергетику»);
2) «біологічно відновлювальна речовина органічного походження, що зазнає біологічного розкладу
(відходи сільського господарства
(рослинництва та тваринництва), лісового господарства та технологічно пов’язаних із ними галузей промисловості, а також органічна частина промислових та побутових відходів» (Закон України «Про альтеративні види палива») [65–70].
Правове регулювання у сфері розвитку відновлювальних джерел енергії в Україні формується шляхом адаптації законодавства до вимог
Директиви Європейського Парламенту та Ради 2009/28/ЄС від 23 квітня
2009 року (далі – Директиви 2009/28/ЄС). Відповідно до Директиви
2009/28/ЄС, термін «біомаса» є частиною продуктів, що підлягають біологічному розкладанню, відходи та залишки біологічного походження, що отримуються з сільського господарства (зокрема речовини рослинного та тваринного походження), лісового господарства та суміжних галузей, поміж ними й рибальство та аквакультуру, а також частину промислових та міських відходів, що підлягають біологічному розкладанню» [12].
За визначеннями, поданими в законодавчих документах, біомаса не містить продуктів сільського, лісового господарства та суміжних галузей, що підлягають біологічному розкладанню, а також залишків біологічного походження.
У законі України «Про відходи» зазначено, що «відходи» – це «будь- які речовини, матеріали й предмети, що утворилися в процесі виробництва чи споживання а також товари (продукція), що повністю або частково втратили свої споживчі властивості й не можуть бути надалі використані за місцем їхнього утворення чи виявлення та від яких їхній власник