Вітроенергетика

 

                       Вітроенерге́тика 

 

  Вітроенерге́тика — галузь відновлюваної енергетики, яка спеціалізується на використанні кінетичної енергії вітру

 

                                       Загальна характеристика

  Цей вид джерела енергії є непрямою формою сонячної енергії, і тому належить до відновлюваних джерел енергії. Використання енергії вітру є одним із найдавніших відомих способів використання енергії із навколишнього середовища,і було відоме ще в давні часи.

   Німеччина є світовим  лідером з використання енергії вітру. Тільки за перші 6 місяців 2001 року в ФРН було збудовано 673 нові вітрові електричні установки. Загальна кількість «вітряків» у Німеччині становить понад 10 тисяч, а їх загальна сукупна потужність досягла 6900 МВт. У Нижній Саксонії працює близько 2000 таких установок, які виробляють близько 8% електроенергії. Розроблено проект, згідно з яким у 2004-2005 роках почалося будівництво чотирьох промислових вітрових парків у Балтійському морі і десятьох – у Північному. Перші експериментальні станції з’явилися у морі на насипних островах у 2003 році. До 2010 року частка екологічно чистої енергії в енергетичному балансі Німеччини може зрости до 10 відсотків. В Данії близько чверті електроенергії отримують на ВЕС.

  Станом на кінець 2007 р., загальна потужність встановлених вітрових турбін у світі складала 94.1 гігават. Не зважаючи на те, що отримана електрична енергія становить 1% від обсягу споживання електричної енергії у світі, приблизно 19% виробленої в Данії електричної енергії отримано від енергії вітру, 9% в Іспанії та Португалії, 6% в Німеччині та Ірландії (дані за 2007 рік). В глобальному вимірі, виробництво електричної енергії на основі енергії вітру зросло в п'ять разів від 2000 до 2007 року.

 

    Вітроенергетичні потужності за підсумками 2009 року

 

 

Місце  у рейтингу	Країна	Вітроенергетичні потужності  на шельфі, МВт	Нові потужності,  установлені на шельфі 2009, МВт	Зростання, %
1	Великобританія	688	104	18,1
2	Данія	663,6	237	55,6
3	Голландія	247	0	0
4	Швеція	164	30	22,4
5	Германія	72	60	500
6	Бельгія	30	0	0
7	Фінляндія	30	0	0
8	Ірландія	25	0	0
9	Китай	23	21	1050
10	Іспанія	10	0	0
11	Норвегія	2,3	2,3
12	Японія	1	0	0
Загалом		1955,9	454,3	30,5

                                      Вітер

 

                               Добові зміни вітру.

 

  Джерело вітроенергетики  - сонце, так як воно є відповідальним  за утворення вітру. Атмосфера  землі вбирає сонячну радіацію  нерівномірно через неоднорідності  її поверхні та різний кут  падіння світла в різних широтах  в різну пору року. Повітря розширюється та підіймається догори, утворюючи потоки. Там де повітря нагрівається більше ці потоки підіймаються вище та зосереджуються у зонах низького тиску, а холодніше повітря підіймається нижче, створюючи зони високого тиску. Різниця атмосферного тиску змушує повітря пересуватися від зони високого тиску до зони низького тиску з пропорційною швидкістю. Цей рух повітря і є тим, що ми називаємо вітром.

  Щоб найкраще використати  вітряну енергію, важливо досконало  розуміти добові та сезонні зміни вітру, зміну швидкості вітру в залежності від висоти над поверхнею землі, кількість поривів вітру за короткі відрізки часу та також статистичні дані хоча б за останні 20 років.

  Від загальної кількості  енергії сонця 1-2% перетворюється  на енергію вітру. Ця кількість вп’ятеро перевищує річну світову енергетичну потребу. Сучасна технологія дозволяє використовувати тільки горизонтальні вітри, що розташовані близько до поверхні землі та мають швидкість від 12 до 65

               Історія використання вітру та повітря

 

                  Вітряки в Грецїї

 Енергія вітру використовується людством

віддавна. Одним з найперших винаходів використання вітру було вітрило десь у п’ятому тисячолітті до н.е. У першому сторіччі до нашої ери давньогрецький вчений Герон Александрійський винайшов вітряк, що керував органом.

  Вітряні млини для переробки зерна винайдені ще у середньовіччі. Вважається, що перші вітряки були збудовані в Сістані, десь між сучасним Іраном та Афганістаном, між дев’ятим та сьомим сторіччами до н.е. Вони мали вертикальну вісь, від шести до дванадцяти крил з полотна або очерету та використовувались як млини та помпи для води.

  В останні роки енергія вітру все ширше використовується для одержання електроенергії. Створюються вітряки великої потужності і встановлюються на місцевості, де дмуть часті й сильні вітри. Кількість і якість таких двигунів зростає щорічно, налагоджене серійне виробництво.

  У будівництві феномен вітру у давнину також застосовували для природньої вентиляції та охолодження повітря у сухих та жарких країнах Середньої Азії.

                   

                Вітроенергетика в Україні

  В Україні діють сім вітроелектростанцій (ВЕС), оснащених власними вітроагрегатами. У 1998-1999 роках стали до ладу три нові ВЕС, вартість електроенергії на яких нижча, ніж на збудованих раніше.

  Процес будівництва української вітроенергетики почався у 1996 році, коли була запроектована Новоазовська ВЕС проектною потужністю 50 МВт. У 2000 році працювало 134 турбіни з 3500 запроектованих та закладено близько 100 фундаментів під турбіни потужністю 100 кВт кожна. Фактична потужність станції при штаті 34 працівники – 14,5 МВт. Приблизно такий же штат співробітників буде на ВЕС, коли вона досягне проектної потужності. На Південмаші у Дніпропетровську будують турбіну потужністю 1,0 МВт, яка буде встановлена на Новоазовській ВЕС.

  Від 2009 року вітроелектростанції в Україні отримали право на використання зеленого тарифу.

                             Вітроенергетичний потенціал України

За даними Міжгалузевого науково-технічного центру вітроенергетики Національної академії наук України, територія нашої країни має значні ресурси вітрової енергії, які оцінюються у 30 ТВт х год./рік.

На території України придатними для будівництва ВЕС вважаються площі до 7 тис. км2, це - карпатський, приазовський, донецький, західнокримський, гірнокримський, керченський регіони, Харківська й Полтавської області. За розрахунками науковців, при максимальному використанні сили вітру в цих регіонах можна було б одержувати електроенергію в обсягах, які б надавали можливість забезпечити до 50% загального енергоспоживання країни.

 Согодні в Україні побудовано 13 вітроелектростанцій: 10 в АР Крим (з яких працюють тільки 6), по одній ВЕС у Донецькій і Миколаївській областях, а також одна станція поблизу м. Трускавець у Карпатах.

Особливо актуальним є розвиток вітроенергетики для Кримського півострова. До 93% всієї електроенергії сюди надходить з материкової  частини України від ДП «Енергоринок». Решта електроенергії видобувається  за допомогою вітроелектростанцій. Сьогодні на півострові працюють 6 ВЕС. Це установки старого зразка, що мають одиночні потужності до 600 кВт. Для порівняння: у Європі планується промислове виробництво вітроенергетичних установок одиничною потужністю 6 МВт, а найпоширеніша застосовувана потужність одного вітряка становить 2-3 МВт. В Україні ж тільки освоюється випуск установок одиничною потужністю до 2 МВт, до цього випускалися вітроелектростанції по 110-600 кВт. На відміну від країн СНД, тільки Україна сьогодні має налагоджене серійне виробництво ліцензійних ВЕУ. У їхньому виробництві беруть участь 20 заводів колишнього військово-промислового комплексу, а зборку вітротурбін для ВЕУ здійснює Дніпропетровський «Південний машинобудівний завод».

 

Перспективи України

За оцінками вчених Інституту електродинаміки  й Інституту відновлюваної енергетики НАНУ, наша країна має значний потенціал  в області відновлюваних джерел енергії.

Починаючи з 1997 року, коли була прийнята Комплексна програма будівництва ВЕС, вітроенергетика в Україні отримала державну підтримку у виді надбавки до тарифу за електроенергію та прямого фінансування. У 2008 році Верховна Рада прийняла цілий ряд рішень з підтримки виробництва альтернативних джерел енергії, зокрема був схвалений «зелений» тариф на електроенергію, отриману з альтернативних джерел. Документом передбачається, що ДП «Енергоринок» повинне купувати таку електроенергію удвічі дорожче отриманої з традиційних джерел. У такий спосіб уряд планує залучати іноземних інвесторів та стимулювати промислове виробництво електроенергії за допомогою вітроенергетичних установок, поступово замінюючи нею природний газ і насамперед переводячи на неї організації теплокомуненерго.

В Україні сьогодні набирає обертів  використання вітряків малої потужності, які встановлюються домогосподарствами для власних потреб. Невеликі вітроенергетичні установки (від 200 Вт до 20 кВт) привабливі тим, що їх можна достатньо швидко встановити та вони оптимально підходять там, де немає інших джерел енергії, або коли підключення до існуючих мереж занадто дорого. І що важливо - вітроустановки потужністю до 20 кВт не вимагають ніяких дозвільних документів та ліцензій на застосування. Електроенергія, що потрібна для живлення середнього будинку, становить 35 кВт на добу, вітряна установка подібної потужності коштує від 30 тис. гривень залежно від виробника та комплектації.

Якщо, наприклад, взяти вітрогенератор WG-1000 торгової марки «ДОМ» з номінальною  потужністю 1000 Вт, то разом з комплектуючими (інвертор, мачта, акумуляторні батареї) це буде коштувати від 3.4 до 5.05 у.о.

                                           Рекомендована комплектація ВЕУ

                                  Мінімально можлива комплектація ВЕУ

 

Підраховано, що за нинішнього рівня  розвитку вітроенергетики спорудження у «вітряних» регіонах України вітрових електростанцій (ВЕС) дозволило б покрити ледве не третину потреби електроенергії, яку ми споживаємо. Із технічної точки зору вітрова електроенергетика на сьогодні вже впритул наблизилася до традиційної: на сучасних вітрових турбінах коефіцієнт використання встановленої потужності сягає 42%. Це майже стільки, як на турбінах поширених нині теплових електростанцій.

Завдяки новітнім технологіям вироблення вітрової енергії до 20% загального попиту має збільшити оптову вартість цієї енергії лише на 10% у зв’язку з мінливістю та непостійністю вітру. Вироблення енергії вітру також зможе дати додаткове максимальне допустиме навантаження, щоб відповідати збільшенням потреб системи, що прогнозуються. Ця частка може сягати до 40% установленої потужності, якщо вироблення енергії вітру під час високого навантаження також є високою, і не нижче 5% при більш високій пробивній здатності, і якщо місцеві вітрові характеристики знаходяться у негативному співвідношенні з характеристиками навантажень системи. Додавання більших територій покращує фактичну потужність вітрової енергії.

Слід зазначити, що, окрім розвитку комерційної вітроенергетики, в  Україні є необхідність розвивати  некомерційну, в першу чергу, «сільську», «фермерську», «для двору». Такі самостійні невеликі системи для живлення віддалених районів служать децентралізації енергопостачання, дозволяють диверсифікувати джерела енергії і можуть зробити більш енергонезалежною Україну та Крим зокрема.

 

Вітроенергетика – практичні аспекти і                 перспективи

Нині альтернативна енергетика з використанням нетрадиційних  та відновлюваних джерел енергії (НВДЕ) стає одним із базових напрямів розвитку технологій у світі, разом з інформаційними та нанотехнологіями вона є важливою складовою нового постіндустріального технологічного укладу.

Наявність невичерпної ресурсної  бази та екологічна чистота НВДЕ є  визначальними їх перевагами в умовах вичерпання ресурсів органічного палива та зростаючих темпів забруднення довкілля. Окрім того, їх не потрібно видобувати, купувати і транспортувати, позаяк 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.

 

На сьогодні частка НВДЕ у виробництві  енергії у світі ще є незначною (близько 14%), однак їх потенціал на кілька порядків перевищує рівень світового  споживання паливно-енергетичних ресурсів. Темпи зростання обсягів виробництва  енергії НВДЕ також відчутно перевищують аналогічні для традиційних видів енергії. Так, у найближчі 10 років прогнозується щорічне зростання світових обсягів виробництва електроенергії традиційної електроенергетики в межах 2,8%, а електроенергії НВДЕ - 9,2%.

В Україні також існує значний потенціал використання НВДЕ (таблиця 1)

 

Таблиця 1. Технічно досяжний енергетичний потенціал нетрадиційних  та відновлюваних джерел енергії  в перерахунку на умовне паливо (млн  т у. п.) та обсяги заміщення ПЕР

 

 

З іншого боку, проблеми ефективності використання традиційних джерел енергії в Україні стоять ще гостріше, ніж у світі чи країнах ЄС. Причинами цього є застарілі технології, вичерпання ресурсу використання основних фондів генерації електроенергії і тепла, що разом з низькою ефективністю призводить до значних обсягів шкідливих викидів. Значні втрати при транспортуванні, розподілі та застосуванні електроенергії і тепла, а також монопольна залежність від імпорту енергоносіїв ще більш ускладнюють ситуацію на енергетичних ринках країни.