Приоритетные научные исследования в Украине «Ветер — альтернативный источник энергии»

Проект

Приоритетные научные исследования в Украине

«Ветер — альтернативный источник энергии»

Нурахметова Валерия

10-Б класс

Энергия ветра — это преобразованная энергия солнечного излучения, и пока светит Солнце, будут дуть и ветры. Таким образом, ветер — это тоже возобновляемый источник энергии.

Люди используют энергию ветра с незапамятных времен — достаточно вспомнить парусный флот, который был уже у древних финикян и живших одновременно с ними других народов, и ветряные мельницы. В принципе, преобразовать энергию ветра в электрический ток, казалось бы, нетрудно — для этого достаточно заменить мельничный жернов электрогенератором. Ветры дуют везде, они могут дуть и летом, и зимой, и днем, и ночью — в этом их существенное преимущество перед самим солнечным излучением. Поэтому вполне понятны многочисленные попытки «запрячь ветер в упряжку» и заставить его вырабатывать электрический ток.

Движущей силой этого процесса являются происходящие изменения в энергетической политике стран со структурной перестройкой топливно-энергетического комплекса, связанной с экологической ситуацией, складывающейся в настоящее время как переходом на энергосберегающие и ресурсосберегающие технологии в энергетике, так и в промышленности и в жилищно-гражданском комплексе.

Ежегодно в мире увеличивается число международных симпозиумов, конференций и встреч ученых и специалистов, рассматривающих состояние и перспективы развития этого направления энергетики.

Значительное внимание этой проблеме уделяется организациями, входящими в ООН, такими как ЮНЕСКО, ЕЭК, ЮНЕП, ЮНИДС, а также другими межправительственными и неправительственными международными организациями. Выделяются значительные средства на работы в области НВИЭ из целевых ассигнований ЕЭС, Европейского фонда национального развития, Евроатома и других организаций.

Приближающаяся угроза топливного «голода», а также загрязнение окружающей среды и тот факт, что прирост потребности в энергии значительно опережает прирост ее производства, вынуждает многие страны с новых позиций обратить внимание на энергию солнечных лучей, ветра, текущей воды, тепла земных недр, то есть на энергию, большая часть которой растворяется в пространстве, не принося ни вреда, ни пользы.

В настоящее время на производство тепла и электричества расходуется ежегодно количество тепла, эквивалентное примерно 1000 трлн. Баррелей нефти, сжигание которых сильно засоряет атмосферу Земли.

Обоснование

Существующий энергетический потенциал и перспектива использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

Ветер — один из нетрадиционных источников энергии. Ветер рассматривается специалистами как один из наиболее перспективных источников энергии, способный заменить не только традиционные источники, но и ядерную энергетику.

Выработка электроэнергии с помощью ветра имеет ряд преимуществ:

Экологически чистое производство без вредных отходов;

Экономия дефицитного дорогостоящего топлива (традиционного и для атомных станций);

Доступность;

Практическая неисчерпаемость.

В ближайшем будущем ветер будет скорее дополнительным, а не альтернативным источником энергии. По оценкам зарубежных специалистов (в частности США), достаточная конкурентно способность ветроэнергетических установок (ВЭУ) по сравнению с традиционными типами электростанций может быть обеспечена при сокращении стоимости ВЭУ примерно в два раза и повышении их надежности в 3−5 раз. Во многих странах мира (США, ФРГ, ДАНИЯ, ИТАЛИЯ, ВЕЛИКОБРИТАНИЯ, НИДЕРЛАНДЫ и др.) ассигнуются значительные государственные средства на НИОКР в области создания ВЭУ. Особое внимание при проведении этих работ уделяется повышению надежности установок, их безопасности, снижению шума, уменьшению помех телеи радиокоммуникаций.

В настоящее время можно выделить следующие сановные направления использования энергии ветра:

Непосредственная выработка механической или тепловой энергии (ветротепловые, ветронасосные, ветрокомпрессорные, мельничные и т. п. установки);

Удовлетворение потребностей в электроэнергии мелких предприятий, фирм, учреждений и т. п.

По данным ООН к 2000 г. доля новых и возобновляемых источников энергии составит более 13% энергоресурсов и будет эквивалентна использованию примерно 1 млрд. т нефти, что немногим меньше доли природного газа и более чем в два раза превосходит долю ядерной энергии.

На Украине с помощью американских фирм предусматривается строительство ВЭУ общей мощностью 500 МВт.

Современное состояние развития в Украине

Первый 100 кВт-ный ветроагрегат в Украине был установлен в 1936 году в Крыму. Дальнейшему развитию ветроэнергетики помешала война. Во второй половине ХХ века в Украине строились ветроэнергостанции, но основной упор был сделан на ТЭЦ и ГЭС, чуть позже — на АЭС.

Советское руководство предпочитало масштабные проекты, благо энергоносители стоили очень дешево. Однако и после распада Союза ветроэнергетика в Украине развивалась достаточно медленно. Теперь главной причиной стал хронический дефицит средств. А первенства среди стран СНГ мы достигли только благодаря тому, что у них тоже не хватало денег на альтернативную энергетику…

Современная ветроэнергетика является одной из наиболее развитых и перспективных отраслей альтернативной энергетики. В настоящее время, в условиях энергетического кризиса на Украине, ветроэнергетика занимает одно из ведущих мест в использовании НВИЭ.

В Украине взят курс на ускоренное развитие производства ветроэнергетических установок (ВЭУ) и строительство ветроэлектростанций (ВЭС) общей мощностью 500 МВт и более, для чего в ветроэнергетику направляются большие государственные инвестиции (0.75% от товарной продукции производства электроэнергии в системе Минэнерго Украины).

В то же время доля ветроэнергетики в мире за последние 15— 20 лет развития составила только 0,1—0,15% от мировых поставок энергии. Так, в Дании, где производство и внедрение ВЭУ получило наибольшее развитие, доля ВЭС и отдельных ВЭУ на 1993 г. составляла лишь 2% от объема производства электроэнергии. А по данным комиссии Мирового экономического Совета по прогнозированию мировой экономики доля всех нетрадиционных источников энергии (НИЭ) в последующие 30 лет не будет существенно возрастать.

Необходимо также отметить, что суммарная располагаемая мощность ВЭС в Украине в 500 МВт даст прибавку среднегодовой мощности лишь в 800—100 МВт, что для уровней страны составляет весьма малую величину.

Существующие намерения государства по внедрению ветроэнергетики в Украине базируются в основном на применении лицензированной ВЭУ модели «USW 56−100» и ВЭУ отечественной разработки типа «АВЭ-250С».

Потенциал энергии возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Украине

Источник: Институт возобновляемой энергетики Украины НАН Украины

Что необходимо сделать для развития этого проекта?

Для реализации намеченных целей необходимо:

— обеспечить в государственном масштабе последовательное наращивание выпуска ветротурбин для украинских ВЭС;

— на местном уровне обеспечить поддержку и участие в развитии ветроэнергетики (такую поддержку ныне очень активно декларируют органы местной власти Крыма, Херсонской, Донецкой, Львовской, Николаевской и ряда других областей Украины в регионах энергодефицитных и имеющих хороший ветропотенциал);

— помочь развитию рыночной инфраструктуры, в первую очередь обеспечить стабильность цен, доступ к общей электросети всем физическим и юридическим лицам — владельцам ВЭС, осуществлять меры по пресечению монополизма;

— ликвидировать субсидии на экологически вредные виды производства энергии;

— включить в стоимость энергии ее экологическую стоимость;

— оказывать поддержку исследованиям, развитию и распространению новых техники и технологий в области ветроэнергетики.

Ветроэнергетика нуждается в поддержке:

— продолжения усовершенствования конструкций и производства ветроагрегатов;

— в продолжении научных исследований и конструкторских разработок с целью улучшения ветротурбин и их компонентов, снижения их стоимости, увеличения продолжительности срока службы и надежности в эксплуатации, возможности повторного использования компонентов;

— картографирования ветроресурсов (составление ветроатласа Украины и кадастра перспективных для строительства ВЭС площадок);

— создания экспертных (сертификационных) центров для независимой оценки и подтверждении качества, а также для повышения надежности производимой ветротехники;

— создания информационных центров, обладающих объективной, независимой от производителей, информацией о ВЭУ, имеющихся на рынке.

Для существующей в Украине инфрастуктуры энергообеспечения отдаленных мелких потребителей электроэнергии еще одним экономически эффективным и перспективным направлением развития ветроэнергетики является производство и эксплуатация сетевых ветроагрегатов мощностью в интервале 15 — 20 кВт. Благодаря существующему серийному производству необходимых комплектующих изделий для этих ветроагрегатов, они будут дешевы и доступны таким потребителям как фермерские хозяйства, горные лесные хозяйства и т. п. Реализация этого направления сулит большие выгоды и для энергетики всей страны, так как позволит значительно сократить потери электроэнергии в линиях электропередач.

Районы и центры развития

Украина обладает лучшей базой для развития ветроэнергетики, чем другие страны Восточной Европы, поскольку имеет обширные (более 60 тысяч км кв.) площади мелководных акваторий с высоким (более 6 м/с) ветропотенциалом, не задействованные в хозяйственных секторах.

В Украине преобладают ветры со скоростью примерно 5 м/с. Этого вполне достаточно для работы современного ветроагрегата. Кроме того, некоторые ученые высказывали предположение, что эта цифра несколько занижена: синоптики измеряли ветер на высоте флюгера (10 метров), а ветроагрегат ставят на высокую башню (до 100 метров).

Синоптики выделяют несколько регионов, где ветры дуют стабильно и наиболее сильно: Карпатский, Причерноморский, Приазовский, Донбасский, Западно-Крымский, Восточно-Крымский. Наилучшие условия для развития ВЭС — в Крыму.

Среди регионов Украины Автономная Республика Крым обладает наибольшим энергетическим потенциалом и опытом работ по использованию всех видов нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Целесообразность ускоренного развития нетрадиционной энергетики Крыма обусловлена не только наличием огромных природных ресурсов, собственной материальной и производственной базы, но и экономически выгодными условиями эксплуатации установок по использованию НВЭИ.

Распределение строительства ВЭС по регионам Украины до 2030 года.

Источник: Институт возобновляемой энергетики Украины НАН Украины.

Выводы

1. Ветроэнергетика в Украине не может заменить традиционную энергетику. Она может только дополнить ее. Для этого необходимо иметь традиционную генерирующую мощность, покрывающую всю нагрузку потребителей.

2. Ветроэнергетика в Украине, как и во всем мире, в современных условиях высокозатратна и в ближайшей перспективе не может быть рекомендована для внедрения в больших объемах из-за высокой удельной стоимости ВЭУ, низкого коэффициента использования установленной мощности установок (0.15−0.25), слабости экономики и других факторов.

3. Ориентировка на применение, только одного-двух типов ВЭУ в масштабах всей Украины ошибочна по многим причинам. Только расчеты и технико-экономические обоснования могут определять оптимальный тип ВЭУ для каждой площадки ВЭС.

4. Необходимо разработать государственную программу развития ветроэнергетики на более длительный срок (10—15 лет) во многовариантном исполнении по типам ВЭУ, площадкам, регионам и на тендерной основе определить организацию-исполнителя.

5. Вряд ли целесообразно в ближайшие годы вкладывать значительные государственные инвестиции в производство ВЭУ для внутреннего рынка и строить крупные ВЭС. В первую очередь необходимо создать условия для внедрения ветроэнергетики (издание законодательных актов, стандартов, методик, определение льгот, создание сертификационных центров, стимулирование частного бизнеса на инвестиции в ветроэнергетику и т. д.), определение кадастра ветра, финансирование строительства пилотных ВЭУ на перспективных площадках ВЭС и т. д., обеспечить защиту иностранного капитала при вложении в ветроэнергетику Украины.