ДЖЕРЕЛА ВІДНОВЛЮВАНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

У багатьох країнах Європи динамічно розвивається виробництво енергії з відновлюваних джерел. За розрахунками Єврокомісії, що базуються на національних прогнозах, їх частка у структурі виробництва електроенергії сягне до 2020 року 20,3%. Україна, як і більшість європейських держав, сильно залежить від імпорту видобувного палива. У Державній програмі енергоефективності на 2010-2015 роки, ухваленій Кабінетом Міністрів України, передбачено ряд важливих заходів, що плануються до реалізації у сфері відновлюваної енергетики й енергозбереження, зокрема зменшення за 5 років енергоємності ВВП на 20%. Вона передбачає також оптимізацію структури паливно-енергетичного балансу країни шляхом зменшення частки імпортованих енергоресурсів за рахунок збільшення видобутку енергоносіїв із відновлюваних джерел.
Вагомі науково-технічні розробки у цій сфері має Інститут відновлюваної енергетики НАН України. Розповідає його директор, член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор, лауреат Державної премії України у галузі науки і техніки Нвєр Мнацаканович МХІТАРЯН.

Наш Інститут може запропонувати для впровадження чимало сучасних науково- технічних розробок. Так, фахівцями відділу вітроенергетики розроблено вітроустановки потужністю від 0,2 до 20 кВт. Вони призначені для трансформації кінетичної енергії вітру в електричну з подальшим її перетворенням за допомогою додаткових пристроїв у необхідний конкретному споживачеві вид енергії. Одна з таких автономних систем діє для електрозабезпечення будинку обслуговуючого персоналу й освітлення периметру приватного рибного господарства біля м. Монастирище Черкаської області. Вихідна потужність її — 5,5 кВт. Система складається з двох вітроустановок ВЕУ-08 (генератори потужністю 1 кВт змонтовані на опорах висотою 17 м, діаметр ротора — 3,1 м), 4-х фотомодулів типу KV-150 потужністю 150 Вт кожний, 8-ми акумуляторних батарей ємністю 200 А?год. кожна, двох інверторів з виходом — "чиста синусоїда" потужністю 1,5 кВт та одного інвертора потужністю 2,5 кВт з виходом — "модифікована синусоїда". На випадок повної відсутності вітру та сонця в систему введена резервна бензостанція Honda-6500 потужністю 6,5 кВт. Перемикання режимів роботи від вітросонячної системи на бензостанцію проводиться в автоматичному режимі.

Фахівцями цього ж відділу розроблена, виготовлена та проходить державні приймальні випробування вітроустановка ВЕУ-4,0 потужністю 4 кВт. Вона має діаметр ротора 7 м, синхронний генератор з вихідною напругою 220/380 В. Ця установка призначена для більш потужного електроспоживання, для роботи, наприклад, теплових помп, електролізерів з виробництва гідрогену (водню) тощо. Інакше кажучи, вона забезпечує не лише електропостачанням, а й теплом. Водень можна накопичувати та використовувати для отримання, зокрема, електроенергії за допомогою звичайних бензостанцій, переобладнаних для роботи на цьому інертному газі. При відсутності потреби у споживанні передбачена можливість передачі лишків електроенергії в мережу.

В Україні вже розроблено і побудовано кілька теплових пунктів на геотермальних свердловинах (села Медведівка й Янтарне АР Крим). Для використання тепла геотермальну воду піднімають на поверхню за допомогою гідроліфта, розробленого співробітниками відділу геотермальної енергетики ІВЕ. Потім очищену від часток ґрунту в сепараторі та фільтрі тонкого очищення її подають у теплообмінник, з якого тепло надходить для опалення виробничих приміщень, житлових будинків, теплиць тощо. Тепловий пункт, наприклад біля с. Янтарне, має такі характеристики: дебіт геотермальної свердловини — 65 м3/год., температура води — 85°С, її тиск — 1,2 МПа, а теплова потужність — 3 МВт. Використання геотермального тепла в Янтарному дає змогу опалювати 2 гектари теплиць і заощаджувати 1500 тис. т умовного палива за сезон (або 1200 м3 газу чи 864 т дизельного палива).

На геотермальному тепловому пункті в с. Медведівка з використанням супутнього газу, розчиненого в термальній воді, створена електростанція потужністю 100 кВт. Вартість обладнання становить близько 500 тис. гривень. Термін окупності — 1-2 роки.

Геотермальна енергія використовується для опалення об'єктів соціальної сфери, агропромислового комплексу, гарячого водопостачання, виробництва холоду. Новизною є застосування геотермальної циркуляційної системи (ГЦС) для підтримки пластового тиску, що подовжує термін експлуатації системи до 20 років.

Співробітники відділу сонячної енергетики розробили комбінований фототермічний модуль (ФТМ), який призначений для одночасного отримання теплової й електричної енергії за рахунок використання та перетворення сонячного випромінювання. Застосовано охолодження його робочої поверхні, на якій розміщені сонячні елементи, шляхом примусової регульованої течії теплоносія в гідравлічних трактах, що підвищує ефективність їх роботи. За рахунок математичного моделювання отримано оптимальні співвідношення конструктивних розмірів тепловідводів, що забезпечує ефективний відбір тепла з площі світлоприймання. Номінальна потужність теплової частини — до 60 літрів гарячої води (40°С) за добу. Орієнтовний термін експлуатації модуля — 30 років. ФТМ може використовуватись у системах енергопостачання (теплового й електричного) різних об'єктів (промислових і комунальних підприємств, приватних будинків) з метою енергозбереження, економії органічних енергоносіїв і зниження рівня забруднення навколишнього середовища. Виготовлено його експериментальний зразок.

Фахівці цього ж відділу є авторами мобільного санітарно-гігієнічного комплексу (МСГК) на базі автомобільного причепу. Комплекс призначений для автономного гарячого водопостачання невеликих об'єктів тимчасового розташування з потребою у гарячій воді до 200 літрів на добу, яка в межах 45-80°С виробляється за допомогою модернізованої термосифонної установки й накопичується у баку-акумуляторі. До складу комплексу входять ємність на 240 літрів, що призначена для зберігання холодної води, та спеціальна ємність для брудної.

За умов недостатнього сонячного випромінювання передбачено підключення до електромережі або іншого джерела живлення (дизеля, вітрогенератора тощо). У цьому випадку вода нагрівається ТЕНом, вмонтованим у бойлер.

МСГК може використовуватись на дачних або присадибних ділянках, у будинках рекреаційного призначення, під час сільгоспробіт, геологічних та археологічних експедицій, військово-польових навчань, у пунктах обхідників магістральних газо- та нафтопроводів тощо. Він може обслуговувати 10-15 осіб упродовж сонячного дня. Успішно експлуатується експериментальний зразок.

У відділі відновлюваних органічних енергоносіїв фахівці розробили установку утилізації зношених шин. Метою проекту є створення підприємства з переробки зношених шин потужністю 5-10 т/год. методом піролізу. На установці можна отримати 45-50% рідкого палива, 15% — газу, 25-30% — коксу, 10-12% — металокорду. Вона більш досконала порівняно з існуючими завдяки новій конструкції реактора з примусовим ходом теплоносія, що значно поліпшує умови теплопередачі. Встановлені режими технологічного процесу дозволяють одержувати максимальний вихід рідкої фракції, як найбільш цінного палива. Відсутні викиди шкідливих речовин в атмосферу.

Виконавець проекту забезпечує розробку технічної документації, ліцензування, атестацію альтернативного палива. Інвестор — фінансує виготовлення обладнання й експлуатацію установки. Розмір інвестування — 120- 150 тис. дол. США.

Рідке паливо використовується для опалення в котельнях, для яких розроблений спеціальний пальник для індивідуальних побутових котлів. Кокс рекомендується використовувати як технічний абсорбент або паливо. Горючий газ використовується для роботи установки. Тарифи за утилізацію зношених шин у м. Києві становлять 18-135 грн./од. (залежно від їх розміру). Враховуючи плату за утилізацію та вартість продуктів піролізу з 1 т зношених шин можна отримати прибуток у розмірі 100-150 дол. США. Термін окупності проекту — 12-18 місяців.

Також співробітниками цього відділу розроблено сепаратор для відокремлення газу від рідини, наприклад, нафти, термальної чи питної води, і подальшого окремого використання за призначенням. У випадку, коли газ, яким насичена рідина, має корисне застосування, зокрема метан, він після відділення від рідини використовується як енергоносій. Некорисна рідина після відділення газу повертається до свого первинного джерела.

Найбільш поширене застосування сепаратора передбачається у комплексних геотермальних теплоелектростанціях на тих родовищах, де існують поклади термальних вод, насичених природним газом. На таких локальних станціях дегазована термальна вода використовується для теплоенергетичних потреб, а відокремлений газ — для роботи привідних газопоршньових або газотурбінних двигунів, що приводять у дію електрогенератори. Наприклад, при добовому дебіті термальної води 600 м3 з температурою 60-70°С і присутності в кожному кубометрі води одного кубометра розчиненого газу, станція виробляє 800-1000 кВт теплової енергії та 60-80 кВт електричної.

Застосовується сепаратор переважно в геотермальній енергетиці, для водоочищення на підприємствах хімічної, нафтохімічної і металургійної промисловості.

Загальний обсяг річного технічно-досяжного енергетичного потенціалу основних видів відновлюваних джерел енергії в Україні на даний час є еквівалентним 81 млн. т умовного палива або 70 млрд. м3 природного газу, що становить близько 40% річних енергетичних потреб України.

ІВЕ НАНУ підтримує тісні зв'язки з українськими та міжнародними організаціями, що працюють у галузі відновлюваної енергетики, зокрема, з Інститутом технічної теплофізики та Інститутом електродинаміки НАН України, кафедрою відновлюваних джерел енергії НТУУ "КПІ", міжнародною організацією "Євросолар", данським "Фолькецентром", німецькою організацією "Сонячна ініціатива землі Мекленбург-Форпоммерн", агентством ООН з промислового розвитку "ЮНІДО", Північною екологічною фінансовою корпорацією НЕФКО й іншими.

Важливим напрямком діяльності Інституту є роботи в галузі відновлюваної енергетики України для реалізації планів інтеграції в Євросоюз. У зв'язку з цим будуть продовжені роботи, що виконуються за дорученням Кабінету Міністрів України, в тому числі Міністерства промполітики, Міністерства освіти і науки, Національного агентства з питань забезпечення ефективного використання енергетичних ресурсів, Національного космічного агентства України.

Довідково Інститут відновлюваної енергетики (ІВЕ) створено у 2004 році в складі Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України. Він має шість наукових відділів (комплексних енергосистем, сонячної енергетики, вітроенергетики, малої гідроенергетики, геотермальної енергетики, відновлюваних органічних енергоносіїв). При Інституті діють міжгалузевий науково-технічний центр вітроенергетики і Кримський науково-технічний центр енергозбереження та відновлюваної енергетики. З 2005 року ІВЕ видає науково- прикладний журнал "Відновлювана енергетика", щороку проводить міжнародну науково-практичну конференцію "Відновлювана енергетика XXI століття".

Довідково За період діяльності ІВЕ НАНУ було: — розроблено Атлас енергетичного потенціалу нетрадиційних відновлюваних джерел енергії (НВДЕ) України, відзначений премією Київської ТПП; — проаналізовано сучасний стан та обґрунтовано шляхи використання відновлюваної енергетики в Україні; — досліджено особливості розподілу потенціалів енергії вітру в часі та просторі для регіонів країни і визначено найперспективніші місця розташування станцій з вітроелектричними комплексами середньої та великої потужності; — створено схеми і конструкції сонячних колекторів і фотобатарей на основі композиційних полімерних матеріалів, нову технологію отримання конструкційних матеріалів для сонячних колекторів; — запропоновано і науково обґрунтовано принципову можливість механічного перетворення енергії гідроенергетичних ресурсів при змінній частоті обертання для збільшення коефіцієнта перетворення енергії та розширення діапазонів навантажень у генераторному і насосному режимах; — досліджено потенціал гідротермальних ресурсів України, зокрема вироблених бурових свердловин нафтових і газових родовищ, запропоновано нові шляхи підвищення енергоефективності їх використання за рахунок заощадження супутніх газів і отримання корисних речовин з мінералізованих вод; — проаналізовано енергетичний потенціал біомаси України, розроблено принципові технології його комплексного використання із застосуванням вітчизняного енергоустаткування, що було покладено в основу концепції "Державної цільової науково-технічної програми розвитку виробництва та використання біологічних видів палива"; — запропоновано методи підвищення коефіцієнта корисного використання устаткування на основі НВДЕ за рахунок комплексного використання енергоустановок і застосування систем акумуляції енергії; — вжито заходів щодо створення нового корпусу ІВЕ НАНУ в Ботанічному саду ім. М. М. Гришка м. Києва, який одночасно виконує функцію демонстраційного об'єкта комплексної енергосистеми, до якої входять вітроелектричне устаткування, міні-гідроакумулююча електростанція, сонячні колектори, фотоперетворювачі, біоенергетичні установки, геотермальний енергокомплекс на низькопотенційному енергоносії, системи акумуляції теплової та електричної енергії.

Довідково Для забезпечення широкомасштабного освоєння енергії нетрадиційних і відновлюваних джерел в Україні Інститут брав участь у розробці ряду програмних, нормативних і законодавчих документів: — стратегії розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії до 2030 року; — комплексної програми "Науково-технічні основи використання екологічно чистої енергії відновлюваних джерел в Україні"; — регіональної програми розвитку вітроенергетики в АР Крим до 2030 року; — Закону України щодо "зеленого" тарифу на електроенергію, одержану з відновлюваних джерел енергії (введено в дію 1 січня 2010 року); — проекту додаткових заходів до "Програми державної підтримки розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії та малої гідро- і теплоенергетики" на період до 2030 р. з урахуванням планів інтеграції до Євросоюзу; — регіональної програми з енергозбереження та відновлюваних джерел енергії на період з 2010 до 2014 рр. для АР Крим.
За період діяльності ІВЕ НАНУ створено центр сертифікації устаткування відновлюваної енергетики. Подано 48 заявок на винаходи, одержано 39 патентів: 34 — на корисну модель і 5 — на винаходи.

Деловой вестник ТПП Украины