Экоэнергетика – основа Экономического роста Украины

2.1.2.1.Фотоэлектрические солнечные  установки

Технические задачи в данной области можно считать решенными, опыт эксплуатации таких систем имеется, существует и производство фотопреобразователей и установок в комплекте, однако, надежды на развитие автономной фотоэнергетики, могут быть связаны только с преодолением кризисного состояния и общим оздоровлением экономики Украины.

В области фотоэлектрических  преобразователей (ФЭП), сегодня в  мире наблюдается настоящий бум. В 2000 году в мире было произведено  ФЭП общей мощностью 260 МВт. Больше всего в Японии - 80 МВт. А в Украине пренебрежимо мало - лишь 0,1 МВт. КПД ФЭП достигают 24% для монокристаллических преобразователей, 17% - для поликристаллических и 11% - для аморфных. Основным материалом является кремний. К сожалению, фотоэлектричество сегодня является самым дорогим способом получения электроэнергии. Цена модулей ФЭП достигает 4000 долл./кВт, а установок на их основе - даже до 10000. Самой дорогой является и стоимость производимой электроэнергии: 15-40 центов/кВтч. В области фотоэлектричества наиболее перспективными являются следующие направления: ФЭП с концентраторами солнечной энергии; ФЭП на основе арсенида галлия - арсенида алюминия; тонкопленочные солнечные элементы.

Основная задача создателей новых поколений ФЭП  заключается в разработке таких  конструкций ФЭП и технологий их производства, которые позволяют существенно снизить их цену и затраты на генерацию производимой ими электроэнергии.

 2.1.2.2.Тонкопленочные солнечные установки

Тонкопленочные  солнечные элементы представляют наибольший интерес в связи с их относительной дешевизной, связанной с существенно уменьшенным использованием чувствительного материала и более дешевыми технологиями.

Хорошие перспективы  открывает разработка ученых и инженеров  ОО ИАУ, основанная на плазмохимической технологии формирования тонких пленок аморфного или поликристаллического кремния на нагретой подложке с очень высокой скоростью осаждения.

Длина производственной линии и капитальные вложения в завод по производству ФЭП одной  и той же мощности примерно на порядок  меньше по сравнению с другими зарубежными технологиями.

2.1.3. Преобразователи  солнечной энергии в тепло

Преобразование солнечной энергии в тепло может иметь существенно больший энергетический эффект в смысле замещения традиционных энергоносителей по сравнению с преобразованием в электроэнергию, поскольку наибольшая часть производимой в мире энергии используется в виде теплоты. Кроме того, преобразование солнечной энергии в тепло реализуется с помощью наиболее простых, а следовательно, и относительно дешевых технических устройств. Наибольшее распространение в мире получило преобразование солнечной энергии в тепло невысокого потенциала, достаточного, однако, для горячего водоснабжения и отопления.

2.1.3.1.Плоский  солнечный коллектор

Основной вид  оборудования для установок и  систем солнечного теплоснабжения – плоский солнечный коллектор.

Как показывают результаты расчетов плоских солнечных коллекторов, удельная годовая теплопроизводительность установок солнечного горячего водоснабжения в климатических условиях Украины достаточно высока и составляет 750-1000 кВтч (тепловых) на 1 м² коллектора при коэффициенте замещения нагрузки (доля солнечной энергии в покрытии нагрузки) 0,5-0,7. Для сезонного (только в неотопительный период) солнечного горячего водоснабжения коэффициент замещения нагрузки повышается до 0,6-0,8, но удельная теплопроизводительность снижается.

Простота и дешевизна плоских  солнечных коллекторов позволяет  организовать производство этого вида преобразователей в Украине, обеспечить на них устойчивый спрос и использование в объеме до 100 тыс м² в год

2.1.3.2.Трубчатый  солнечный коллектор

Трубчатый солнечный  коллектор обладает более высоким  КПД преобразования солнечной энергии в тепло.

В связи с наличием в трубчатом солнечном коллекторе активных коллекторных систем преобразования солнечной энергии в тепло они обладают более высокой удельной теплопроизводительностью, чем плоские солнечные коллекторы. Трубчатые солнечные коллекторы  широко распространены в странах Европы. Климатические условия Украины позволяют широко применять в энергетике страны трубчатые солнечные коллекторы  .

2.1.3.3.Трубчатый  солнечный коллектор системы  “тепловая труба”

Трубчатый солнечный  коллектор системы “тепловая  труба” является одной из конструктивных разновидностей трубчатого солнечного коллектора.

В трубчатом  солнечном коллекторе системы “тепловая  труба” применен высокоэффективный  промежуточный теплоноситель. Новое  конструктивное решение позволяет  поддерживать температуру промежуточного теплоносителя на уровне 200-250°С только за счет преобразования солнечной энергии в тепло.

 В условиях  Украины применение трубчатых  солнечных коллекторов системы  “тепловая труба” имеет широкую  перспективу.

2.1.4. Пассивные  системы солнечной энергетики

Во многих климатичнских  условиях Украины эффективны пассивные  системы солнечного отопления, в  которых не используется какое-либо специальное оборудование, а поглощение и аккумулирование энергии солнечного излучения осуществляется непосредственно архитектурно-строительными элементами здания.

Эффективность пассивных систем ниже, чем активных, но затраты, по крайней мере, на порядок  меньше. Расчеты, проведенные на примере  индивидуального жилого дома с отапливаемой площадью 120 м² и простейшей пассивной системой в виде обращенной на юг остекленной коллекторно-аккумулирующей стенки, показали, что коэффициент замещения отопительной нагрузки (доля солнечной энергии в расходе энергии на отопление) в целом за отопительный сезон составляет в различных районах Украины 30-50%. Выполненные архитектурные проекты показали, что некоторая специфика, связанная с застекленным фасадом, не лишает дома с пассивными системами внешней привлекательности и не создает неудобств для проживания.

Пассивные системы  солнечной энергетики находят широкое применение в мировой практике.

Ученые и инженеры ОО ИАУ  разработали новую концепцию  индивидуального жилищного строительства  под названием ”Теплый дом”.

Проект ”Теплый дом” включает ряд новых технологических решений в области пассивной   солнечной энергетики, которые по энергетической эффективности превосходят мировые образцы.

Пассивные системы солнечной  энергетики в Украине до сего времени  не применяются.

Целесообразно приступить к внедрению  пассивных систем солнечной энергетики в Украине на основе разработок ОО ИАУ.

2.2. Ветровая энергетика

По ветроэнергетике Украина  отстает весьма серьезно. В то же время  за рубежом эта отрасль  развивается ошеломляющими темпами.

По  данным Американской (AWEA) и Европейской (EWEA) ветроэнергетических ассоциаций, а это наиболее достоверные данные, на конец 2001 года общая установленная мощность в мире составила 24,390 ГВт. В 2002 году введено новых мощностей 6,868 ГВт и общая мощность ВЭС на конец 2002 года составила 31,128 ГВт.

Эту цифру полезно  сопоставить с прогнозом этих ассоциаций, составленным ими в 1997 году. По этому прогнозу к 2006 году общая установленная мощность ВЭУ должна составить 35,897 ГВт. Таким образом, в соответствии с темпами развития ветроэнергетики, уровень 2006 года был достигнут в 2003 году, т. е. на три года раньше. Нам бы так ошибаться в прогнозах. Обращают на себя внимание фантастические годовые объемы ввода мощности ВЭС в Германии - 3,247 ГВт и Испании - 1,493 ГВт.

Таким образом, пятерка  стран-лидеров ветроэнергетики на уровне 2002 года выглядит следующим образом: Германия (12,001 ГВт), Испания (4,83 ГВт), США (4,685 ГВт), Дания (2,880 ГВт), Индия (1,702 ГВт).

При таких величинах  общей установленной мощности ВЭУ  говорить об экзотичности НВИЭ уже  не возможно

В Украине сложились к настящему времени благоприятные перспективы для ускоренного развития ветроэнергетики. В Украине сложились успешно работает созданное в декабре 1992 г совместное украинско-американское предприятие "Уиндэнерго Лтд", которое производит на конверсионных предприятиях лицензионные ветротурбины американской компании "Kenetech Windpower, Inc." 

 В настоящее время в Украине выполнено обследование, ведется проектирование и строительство ВЭС общей мощностью 370 МВТ.

Серийное производство лицензионных ветротурбин предоставляет хорошие возможности для электрификации сельских районов, удаленных от сетевых источников электоэнергии.

Создание ВЭС нового типа – это перспективное поле деятельности для  процесса конверсии предприятий  военно-промышленного комплекса  Украины.

Электрификация на основе ВЭС сельских районов – это  перспективное поле деятельности для инженерной Академии Украины.

Экологически чистая, рентабельная и практически неисчерпаемая  энергия ветра – это самое  перспективное направление развития возобновляемой энергетики. Ветровые электростанции обладают рядом экономических и экологических преимуществ, что делает их весомой альтернативой при решении глобальных энергетических проблем.

Ученые и инженеры ОО ИАУ  предлагают новую оригинальную разработку ветроэнергетической установки с вращающимися цилиндрами. Ее преимущество проявляется при низких скоростях ветра 2-6 м/с.

 Большой  интерес представляют нетрадиционные технические решения в области ветроэнергетики, которые существенно упрощают систему ветровой энергетики, повышают эффективность ее работы и расширяют географию применения.

Ученые и  инженеры ОО ИАУ разработали установки  ветроэнергетики не имеющие вращающихся  частей, в которых энергия ветра непосредственно преобразуется в электрическую энергию.

 Большинство  зарубежных производителей уже  освоили ВЭУ мощностью 1 тыс.  кВт и более, а в последние годы осваиваются ВЭУ мощностью — 2—3 тыс. кВт и более. На базе этих ВЭУ в Западной Европе, США и странах Азии сделан колоссальный прорыв по наращиванию потенциала ВЭС.

 Украина  должна принять эффективные меры  по преодолению хронического  отставания отечественной ветроэнергетики от мирового уровня ее развития.

2.3. Низкопотенциальная  энергия земли, воздуха и воды

Запасы низкопотенциальных источников энергии неисчерпаемы.

Низкопотенциальные  источники энергии создают минимум экологических проблем, выработка электрической и тепловой энергии с их помощью рассматривается в перспективе как главнейшее направление развития мировой энеретики.

2.3.1.Тепловой  насос

Наиболее важным устройством нетрадиционной энергетики и энергоресурсосбережения является тепловой насос.

 Особенность теплового насоса  состоит в том, что произведенное  тепло всегда больше подведенной  энергии от энергоисточника высокого  потенциала. Суть заключается в  том, что тепло производится  не только за счет энергии  энергоисточника (газа, угля, электрической энергии или пара), но и за счет дополнительной тепловой энергии, отбираемой от низкопотенциального источника, то есть источника с более низкой температурой (геотермального источника, жидких промышленных или бытовых стоков, воздуха, грунта, реки). В промышленно выпускаемых установках экономия топлива составляет 20-70%. Возможный диапазон температур низкопотенциального источника очень широкий (от +80°С до -17°С).

Во многих развитых странах тепловые насосы являются основой  энергосберегающей политики. Так, в Швеции 22% домов (350 тысяч) обогреваются тепловыми насосами. В мире насчитывается около 40 млн штук тепловых насосов. Планируется, что к 2020 году вклад тепловых насосов в теплоснабжение в развитых странах составит 75%.

В Украине тепловым насосам не уделяется никакого внимания.

В жилищно-коммунальном хозяйстве Украины в настоящее  время эксплуатируется свыше  100 тыс. (включая ведомственные) котельных, которые вырабатывают около 600 тыс. Гкал тепловой энергии в год.

Состояние оборудования большинства котельных неудовлетворительное, требует реконструкции и замены.

Основным видом  топлива для этих котельных является природный газ – 53-58% (мазут 12 - 15%, уголь – 27 - 30%).

Около 50% объектов и инженерных сетей требует замены, не менее 15% находится в аварийном состоянии.

В большинстве  городов Украины сложилась крайне неблагоприятная обстановка с содержанием  энергетического хозяйства, где  свыше 40% бюджета города расходуется  на теплоснабжение.

 Причин такого  состояния коммунальной энергетики много. Это дефицит финансов, износ оборудования и тепловых сетей, слабое разграничение зон полномочий, а также отсутствие перспективных схем развития систем теплоснабжения с разработкой и внедрением высокоэффективных технологий использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) и  вторичных энергетических ресурсов (ВЭР).

В существующих условиях требуются новые подходы к  решению проблемы снижения затрат на теплоснабжение, требуется разработка комплексной программы теплоснабжения в сфере ЖКХ, ориентированной на реализацию потенциала экономии ТЭР, новые научные разработки, внедрение новых энергосберегающих технологий и оборудования, основанных на вовлечение в процесс получения тепловой энергии ВЭР. Существенное улучшение экономических и экологических характеристик производства тепловой энергии в сфере ЖКХ может быть достигнуто на основе применения теплонасосоных установок (ТНУ), позволяющих трансформировать низкопотенциальную теплоту ВЭР и возобновляемых природных источников до более высоких температур, пригодных для целей теплоснабжения. Кроме того, применение ТНУ дает возможность приблизить тепловые мощности к местам потребления, минимизировать протяженность тепловых сетей и получать в системах отопления 3-8 кВт эквивалентной тепловой энергии в зависимости от температуры низкопотенциальных источников, затрачивая при этом 1 кВт электрической энергии.