Відновлювальні джерела енергії. Вітроенергетика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний авіаційний університет

Кафедра автоматизації та енергоменеджменту

Розрахунково-графічна робота

Відновлювальні джерела енергії. Вітроенергетика

Виконавець:

студент групи ЕС-405

Смотеско Владислав Олегович

Керівник:

к.т.н., доцент кафедри АЕМ

Кравчук Микола Петрович

Київ 2015



Зміст

вітроенергетичний паливо вуглеводень

Вступ

Розділ 1. Аналіз стану розвитку відновлювальних джерел енергії

1.1 Стан розвитку відновлювальних джерел енергії в світі

1.2 Стан розвитку відновлювальних джерел енергії в Україні

Розділ 2. Оцінка річних можливостей ВЕУ

2.1 Основні положення Атласу енергетичного потенціалу України

2.2 Аналіз конструктивних схем вітроенергетичних установок

2.3 Розрахунок річних можливостей ВЕУ

Висновок

Список використаних джерел



Вступ

Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії стали останнім часом одним із важливих критеріїв сталого розвитку світової спільноти. Здійснюється пошук нових і вдосконалення існуючих технологій, виведення їх до економічно ефективного рівня та розширення сфер використання. Головними причинами такої уваги є очікуване вичерпання запасів органічних видів палива, різке зростання їх ціни, недосконалість та низька ефективність технологій їхнього використання, шкідливий вплив на довкілля, наслідки якого все більше і більше турбують світову спільноту.

Використання традиційних вуглеводнів шляхом спалювання супроводжується загальними втратами енергії до 80-90% і тому вже на сьогодні розроблено технології електрохімічного їх перетворення, які зменшують втрати до 10 % та є більш екологічно безпечними.

Альтернативна енергетика стає одним із базових напрямів розвитку технологій у світі, разом із інформаційними та нанотехнологіями вона стає важливою складовою нового постіндустріального технологічного укладу.

До НВДЕ будемо відносити гідроелектростанції (великі, середні та малі), геотермальну, сонячну, фотоелектричну та теплову енергію, енергії припливів, хвиль океану, вітру, тверду біомасу, гази з біомаси, рідкі біопалива та відновлюванні муніципальні відходи (ці види енергії за визначенням МЕА - відновлювані джерела енергії), а також теплоенергію „створювану” завдяки тепловим насосам, торф, шахтний метан та вторинні джерела енергії, такі як: скидне тепло, муніципальні промислові відходи, тиск доменного газу та природного газу під час його транспортування.

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

В Україні також існує значний потенціал використання НВДЕ. 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 використання палива призводить до значних обсягів шкідливих викидів. Значні втрати при транспортуванні, розподілі та використанні електроенергії і тепла, а також монопольна залежність від імпорту енергоносіїв ще більш ускладнюють ситуацію на енергетичних ринках країни.

Таким чином, Україна має нагальну потребу у переході до енергетично ефективних та екологічно чистих технологій, якими є, в тому числі, і НВДЕ. Але, незважаючи на декларацію щодо усвідомлення цієї потреби з боку різних гілок влади та низку нормативно-законодавчих актів, які стосуються розвитку НВДЕ, - реальних кроків щодо впровадження НВДЕ зроблено досить мало. Частка НВДЕ в енергетичному балансі країни становить лише 7,2 % (6,4 % -- позабалансові джерела енергії; 0,8 % -- відновлювані джерела).

Змінити ситуацію можна шляхом проведення відповідної енергетичної політики, вдосконалення нормативно-правової бази та залучення інвестицій у розвиток НВДЕ. Звісно, що цей процес не є швидким, але задля забезпечення майбутнього економічного процвітання України, її гідного місця у Європейській спільноті потрібно вже сьогодні активізувати вирішення цієї актуальної проблеми.



Розділ 1. Аналіз стану розвитку відновлювальних джерел енергії

1.1 Стан розвитку відновлювальних джерел енергії у світі

На даний час на відновлювані джерела енергії (ВДЕ) припадає близько 14 % у світовому споживанні первинної енергії, з них на спалювані види і відходи біомаси припадає 11 %, гідроенергію - 2,3 %, енергію вітру - 0,026 %, сонячну енергію - 0,039 %, геотермальну енергію 0,442 %.

Частка відновлюваної енергії у виробництві електроенергії досягає 18 %, тепла - майже 26 %. Тобто НВДЕ у світовому забезпеченні електроенергією і теплом вже вийшли на той рівень, який дозволяє надіятись на ефективне вирішення енергетичних проблем у майбутньому.

Існуючі технології НВДЕ не є досить досконалими, мають різний рівень економічної ефективності та різний технічний рівень. Однак всі вони мають такі визначні переваги як дуже низький рівень (або зовсім не мають) викидів парникових газів і мають невичерпний (відновлюваний) запас палива необхідний для їх реалізації. Деякі з цих технологій вже сьогодні є конкурентоспроможними і є всі підстави сподіватись, що в майбутньому їх економічна ефективність буде зростати на фоні зростання ціни і ускладнення умов видобутку традиційних енергоресурсів.

Саме тому ринок НВДЕ у світі набуває все більших темпів розвитку. Минулого року у нові потужності ВДЕ у світі було інвестовано понад 71 млрд доларів США (не рахуючи великої гідроенергетики), з них 47 % - у вітроенергетику, 30 % - на фотоелектрику. До цього треба додати 10 млрд.дол. США інвестицій у нові фотоелектричні виробничі потужності, понад 4 млрд - у нові заводи з виробництва біопалива та 16 млрд дол. у дослідження і розробки.

До країн, які найбільш інтенсивно розвивають технології і ринки НВДЕ, слід віднести: США, країни ЄС (в першу чергу, Швецію, Австрію, Фінляндію, Німеччину, Португалію, Іспанію), Японію, Китай. Останнім часом активізувалися в цьому напрямі Бразилія і Індія. Зростає вартість акцій компаній, які займаються НВДЕ. Все це дасть можливість пришвидшити розвиток технологій та їх впровадження у промислове виробництво.

Різні країни і регіони надають перевагу різним видам ВДЕ, адаптуючи їх використання до місцевих умов. Найбільш динамічно розвиваються такі види НВДЕ як: вітроенергетика, біоенергетика, сонячна енергетика та використання низькопотенційної енергії із застосуванням теплових насосів.

У вітроенергетичному секторі на даний час працюють біля 70 країн світу. Серед країн з найбільшими потужностями вітроенергетики - Німеччина, США, Іспанія, Індія, Китай, Данія. Зростає загальна потужність таких установок (річний приріст у 2007році - 26,6 %), так і одинична потужність, яка на найближчий період може досягти 1 ГВт, розвивається вітроенергетичне машинодобування. В країнах ЄС до 2010 року планується довести виробництво вітрової електроенергії до 10 % від загального обсягу електрогенерації.

В США до 2020 року планується досягти 15 % виробництва електроенергії за рахунок вітру, вдосконалюються турбіни, розширюється діапазон швидкостей вітру, які можуть бути використані вітроустановками.

Біомаса відіграє домінуючу роль серед інших видів НВДЕ, формуючи біля 46 % ринку відновлюваних джерел енергії. Вона може забезпечувати виробництво тепла, електроенергії та різних видів газоподібного (біогаз), рідкого (біоетанол, біодизель) та твердого палива. Технології переробки біомаси дозволяють також вирішувати проблему утилізації шкідливих побутових та промислових відходів, одержувати як побічні продукти високоякісні добрива, будівельні та інші корисні матеріали, так за рахунок біогазу вже сьогодні в країнах ЄС отримується щороку понад 10 млн МВт*год електричної та близько 10 млн Гкал теплової енергії. Лідерами з використання біогазових технологій є такі країни як: Німеччина, Велика Британія, США, Канада, Бразилія, Данія, Китай, Індія та інші.

Сонячна енергетика має дещо обмежені можливості використання (залежить від погоди, широти розташування території та ін.), але розвивається досить інтенсивно (до 50 % в рік). В країнах ЄС широко використовуються так називані „сонячні зобов'язання” відносно будівництва з використанням нових сонячних технологій. Це сприяє істотним змінам у житловому фонді, готуючи його до неминучого дефіциту викопного палива, дає потужний сигнал для користувачів і для будівельного бізнесу. Серед заслуговуючих уваги останніх ініціатив можна назвати проект „Тисяча дахів” у Німеччині (2250 будинків були обладнані фотоелектричними установками) та програма „Мільйон сонячних дахів” у США. Серед лідерів сонячної енергетики також є Японія та Італія. З огляду на довгострокову перспективу сонячна енергетика в значній частині може забезпечити розв'язання енергетичних проблем у житловому фонді.

Іншим видом НВДЕ який вже сьогодні в окремих країнах та регіонах забезпечує вагомий внесок в обігрівання житлового фонду є теплова енергія довкілля(води, ґрунту, повітря), яка за допомогою теплонасосних установок (ТНУ) переводить енергію низькопотенціальних джерел у придатну для використання енергію. Економічна доцільність використання ТНУ підтверджена світовим досвідом. Вже сьогодні у розвинутих країнах ТНУ широко використовуються для систем опалення та кондиціювання (США, Канаді, Швеції, Швейцарії, Німеччині, Австрії та ін.), налагоджено промисловий випуск ТНУ у досить широких масштабах (США - 1 млн ТНУ щороку, у Японії - 3 млн).

Оскільки відновлювані джерела енергії в своїй більшості поки що не можуть на рівних конкурувати з традиційними джерелами, їх розвиток підтримується різними засобами на державному рівні. У світі існують різні моделі державної підтримки НВДЕ, основні з яких засновані на використанні квот на використання НВДЕ (британська система) та на використанні дотацій проектів НВДЕ і тарифній політиці (німецька система). Враховуючи тенденції до зменшення вартості НВДЕ, а також зростання ціни енергії традиційних джерел, державна підтримка буде носити тимчасовий характер.

Разом з іншими, перевагами НВДЕ є відносно малі терміни введення в експлуатацію, можливість поблочного нарощування потужностей з близькими до традиційної енергетики термінами окупності ( в середньому 8-10 років). Завдяки цьому, необхідний рівень інвестицій є доступним не тільки для великого, але і для середнього бізнесу.

Як показує світовий досвід, увага державних інституцій до проблем розвитку НВДЕ, а головне практичні дії в цьому напрямку дають досить серйозні результати. Цифрові показники, на які спочатку орієнтувались країни, зростають. Так, у Китаї, де у 2000 році планували досягти 3 % ВДЕ у балансі до 2020 р., тепер мова йде вже про 17 %. Каліфорнія три роки тому мала 10 %, а тепер 33 %, Німеччина планувала досягти 20 % НВДЕ до 2020 року, тепер планує це зробити до 2012 р., приклад активізації розвитку НВДЕ подає ЄС. На саміті ЄС 9 березня 2007 року було схвалено план створення нової Енергетичної політики для Європи. Головною метою, окресленою у затвердженому документі ЄС, стало збільшення виробництва енергії з ВДЕ до 20 % на 2020 рік.

Нова Директива ЄС, запропонована Європейською Комісією 23 січня 2008 р., присвячена саме ВДЕ. Цілі досягнення 20 % НВДЕ стали обов'язковими. Для їх виконання зроблено розподіл між країнами ЄС квот обов'язкового використання ВДЕ в залежності від стартових умов та економічного розвитку. Гнучкий механізм досягнення визначених цілей дозволяє використовувати потенціал інших країн учасників, якщо там відновлювана енергія виробляється за нижчими цінами.

Для подолання перешкод (в тому числі адміністративних) у Директиві окреслено конкретні заходи щодо розв'язання цих проблем.

Відносно біопалива в Директиві пропонуються критерії „стабільності” для різних видів палива, які дозволяють, з одного боку досягти 10 % використання рідких біопалив на транспорті, з іншого - зберегти біорізноманіття довкілля. Головний акцент зроблено на дотриманні законодавства із землекористування, виконання якого дає можливість одержати державну підтримку.

Ще одна рекомендація Єврокомісії стосується будівельних кодексів, в яких вносяться критерії використання НВДЕ. В першу чергу, це стосується нових та реконструйованих будівель. Таким чином, нові європейські ініціативи дають можливість закріпити тенденцію до розвитку ВДЕ, створити умови „стабільності” для залучення інвестицій у цю сферу.

1.2 Стан розвитку відновлювальних джерел енергії в Україні

Україна має значний потенціал для розвитку відновлюваної енергетики. Те ж можна сказати відносно інших альтернативних традиційних джерел енергії - таким, як: шахтний метан, торф, буре вугілля, скидний потенціал побутових і промислових стоків та ін. Можливості використання НВДЕ мають всі області країни (див. табл. 1), разом з тим, не зважаючи на значний обсяг прийнятих законів, програм нормативних актів та інших документів, справа з впровадженням НВДЕ у країні йде занадто низькими темпами, вклад в енергетичний баланс країни є незначним.

Причин такого стану багато, головні з них це відсутність системи економічного стимулювання переходу до використання НВДЕ, декларативний характер нормативно-правових актів без конкретних механізмів впровадження, а також низька виконавча дисципліна. Не можна сказати, що в країні нічого не робиться в цьому напрямі, але того що робиться не достатньо для компенсації негативних тенденцій таких, як світове зростання цін на енергоносії, збільшення рівня енергетичної залежності країни та забруднення навколишнього середовища.

Не впроваджуючи нові види НВДЕ, не вкладаючи коштів у технології, не розвиваючи виробництво на базі нових технологій, країна консервує технологічну відсталість і може втратити свій шанс війти у європейську спільноту.

Серед факторів сприяння розвитку НВДЕ в Україні можна назвати:

зростання ціна на традиційні енергоносії;

підвищення вимог екологічних норм і стандартів;

можливості реалізації механізмів Кіотського протоколу для фінансування проектів впровадження НВДЕ;

покращення можливості входження до європейської спільноти;

необхідність заміни зношених основних фондів.

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

№ п\п	Області	Сонячна енергетика	Геотермальна енергетика	Мала гідро-енергетика	Енергія біомаси	Теплова енергія стічних вод	Теплова енергія ґрунту та ґрунтових вод	Всього по областях	Споживання орг. палива	% заміщення орг. палива за рахунок ВДЕ
									Комуна-льний сектор	Всього
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1.	АР Крим	0,39	0,68	0,05	0,59	0,16	0,35	2,22	0,133	2,193	101,2
2.	Вінницька	0,25	0	0,09	1,08	0,08	0,42	1,91	0,097	7,777	24,8
3.	Волинська	0,18	0	0,03	0,29	0,05	0,29	0,84	0,054	3,064	27,4
4.	Дніпропетров-ська	0,32	0	0,03	1,90	0,59	1,36	4,20	0,203	27,023	15,54
5.	Донецька	0,27	0	0,05	1,16	0,50	1,36	3,34	0,285	33,795	9,88
6.	Житомирська	0,26	0	0,09	0,38	0,06	0,30	1,09	0,079	2,399	45,4
7.	Закарпатська	0,13	7,40	1,05	0,21	0,05	0,45	9,29	0,065	1,175	79,6
8.	Запорізька	0,28	0	0,03	1,13	0,19	0,34	1,97	0,108	14,568	13,5
9.	Івано-Франківська	0,13	0,51	0,09	0,17	0,11	0,49	1,50	0,076	6,916	21,7
10.	Київська	0,26	0	0,06	1,02	0,63	1,14	3,11	0,258	16,458	18,9
11.	Кіровоградська	0,23	0	0,04	1,26	0,06	0,33	1,91	0,065	2,855	66,9
12.	Луганська	0,27	0	0,10	1,11	0,16	0,93	2,57	0,150	10,630	24,2
13.	Львівська	0,22	0,45	0,42	0,41	0,32	1,05	2,87	0,144	8,604	33,4
14.	Миколаївська	0,26	0	0,04	0,97	0,08	0,30	1,65	0,070	5,22	31,6
15.	Одеська	0,37	0	0,01	0,42	0,21	0,35	1,37	0,136	7,046	19,4
16.	Полтавська	0,26	0,39	0,09	1,43	0,11	0,81	3,08	0,092	10,492	29,4
17.	Рівненська	0,17	0	0,08	0,36	0,06	0,27	0,95	0,062	2,282	41,6
18.	Сумська	0,22	0,96	0,08	0,79	0,06	0,40	2,50	0,072	5,122	48,8
19.	Тернопільська	0,15	0	0,09	0,44	0,05	0,34	1,06	0,060	2,560	41,4
20.	Харківська	0,29	0,37	0,06	1,69	0,35	1,07	3,82	0,168	15,298	25,0
21.	Херсонська	0,31	0	0,01	1,09	0,06	0,23	1,69	0,065	3,455	48,9
22.	Хмельницька	0,20	0	0,07	0,79	0,07	0,39	1,52	0,079	2,579	58,9
23.	Черкаська	0,21	0	0,09	0,36	0,10	0,38	1,13	0,079	4,819	23,5
24.	Чернівецька	0,09	0	0,21	0,29	0,03	0,19	0,81	0,048	1,348	60,1
25.	Чернігівська	0,28	1,24	0,04	0,66	0,06	0,35	2,62	0,072	3,672	71,4
Всього	6,00	12,00	3,00	20,00	4,2	13,89	59,09	59,02	202,07	29,2
Обсяги заміщення органічного палива за рахунок “великої” гідроенергетики по Україні			7,0			3,6
Обсяги заміщення органічного палива за рахунок енергії вітру по Україні			15,0			7,4
Технічно досяжний енергетичний потенціал позабалансових джерел енергії			12			4,9
ВСЬОГО			93		202,07	46

Цільова державна підтримка розвитку НВДЕ, як показує досвід розвинених країн, є основою для реалізації програм розвитку кожного із їх видів. Темпи розвитку НВДЕ будуть залежати від можливостей доступу до довгострокового фінансування. Зростання конкурентоспроможності НВДЕ буде відбуватися не тільки за рахунок вдосконалення технологій та розширення обсягів виробництва НВДЕ, але і за рахунок зменшення доступності традиційних джерел енергії і відповідно їх ціни. Вже сьогодні деякі із видів НВДЕ є конкурентоспроможними, інші знаходяться на близькій від цього відстані, тому навіть політична підтримка на державному рівні, відповідне сприятливе середовище можуть дати суттєвий поштовх для їх розвитку.

Серед пріоритетних видів НВДЕ, які вже в дійсний час можуть успішно розвиватись, можна назвати біоенергетику, вітрову, малу гідроенергетику, сонячну та геотермальну енергетику. Значну перспективу має використання низькопотенційної енергії довкілля перетвореної до високопотенційної за допомогою теплових насосів. В більш далекій перспективі Україна може перейти до водневої економіки яка розглядається у світі як основа майбутньої технологічної революції. Для цього вже сьогодні Україні потрібно проводити відповідні наукові дослідження та розробляти водневі технології, тим більш, що напрацювання українських науковців в цій сфері є досить суттєвими.

Біоенергетика в Україні має широкий спектр сировинних ресурсів які можна використовувати як шляхом прямого спалювання, так і для виробництва біогазу, біодизелю, біоетанолу, твердих паливних брикетів та ін.

Це і відходи лісового господарства, сільгоспгосподарства, побутові відходи і, нарешті, спеціально вирощувана біомаса, зокрема - ріпак, сприятливі умови для вирощування якого є в багатьох регіонах України. Крім сировинної бази, в Україні є і технологічна та промислова база для розвитку промисловості з виробництва біодизелю, біоетанолу, біогазу. Але, незважаючи на це, а також на наявність нормативно-законодавчих актів, які повинні сприяти розвитку біоенергетики (Закон України «Про альтернативні види рідкого й газоподібного палива» від 14.01.2000 р. № 1391-XIV, Постанова КМУ від 04.07.2000 р. № 1044 «Про затвердження програми «Этанол», Закон «Про альтернативні джерела енергії» від 20.03.2003 р. № 555-IV, Указ Президента від 26.09.2003 р. № 1094/2003 «Про заходи щодо розвитку виробництва палива з біологічної сировини», Постанова КМУ від 22.12.2006 р. № 1774 «Про затвердження Програми розвитку виробництва дизельного біопалива»,Розпорядження КМУ № 145 від 15.03.2006 р. «Про затвердження «Енергетичної стратегії України на період до 2030 року” та ін.), їх положення поки так і залишилися на папері.

Поодинокі приклади будівництва заводів з виробництва біопалива, розробки нових технологій переробки біосировини не роблять погоди на ринку. Розширення площ під ріпак носить спонтанний характер і практично весь урожай експортується. При цьому мало хто турбується про виснаження землі. Відсутні також технічні умови і регламенти на виробництво, зберігання, використання біодизельного пального, не створені умови для залучення інвестицій у будівництво заводів. Українські технологічні розробки та обладнання не знаходять попиту на українському ринку і експортуються.

Для промислового використання біодизелю необхідно буде розробити відповідні заходи, які б передбачали значні пільги для виробників біодизелю, комплектацію насіннєвого фонду елітними сортами ріпаку, інвестиції для будівництва потужних підприємств з виробництва біодизелю.

Україна має значні потужності для виробництва харчового спирту, які значною мірою простоюють. Їх можна було б переорієнтувати на виробництво паливного етанолу, але для цього необхідно забезпечити їх рентабельність, та вирішити комплекс проблем які пов'язані із сертифікацією палива, розвитком інфраструктури, вивченням потенційних ринків та ін.

Потрібно також поширити досвід виробництва котлів опалення, які працюють на відходах деревини та іншій біомасі, які в Україні вже є. Це особливо стосується західних областей України, де сировинна база (відходи лісового господарства) дозволяє заміщати використання дорогого та дефіцитного природного газу для опалення приміщень.

Вітроенергетика на даний час є найбільш розвиненим видом НВДЕ в Україні. Україна має власні розробки вітроенергетичних установок (ВЕУ) та власне промислове виробництво, є і ліцензійні ВЕУ. Працюють вісім вітрових електростанцій (ВЕС) в Криму, Приазов'ї та в Карпатському регіоні. 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.

Головним стримуючим фактором розвитку вітроенергетики в Україні є низька техніко-економічна ефективність ВЕУ, що не дозволяє їй конкурувати на рівних з традиційними видами енергії. Шлях досягнення більш високих показників ефективності - це збільшення одиничної потужності ВЕУ до мегаватного класу, залучення приватного капіталу для інвестування в вітроенергетичну промисловість. Цьому буде сприяти запровадження так називаного „зеленого” тарифу.

Серед проблемних питань розглядається наявність ознак монополізму в цій сфері, де розробки, виробництво ВЕУ, будівництво ВЕС та виробіток електроенергії підпорядковано одному відомству (НКАУ). За думкою керівництва НАЕР необхідно розділити функції виробництва електроенергії і відповідно вибору постачальника ВЕУ, що створить конкурентні умови та підніме якість установок.

Сонячна енергія в Україні на сьогодні використовується для гарячого водопостачання опалення, з використанням сонячних колекторів та виробництв електроенергії на основі фотоелектричних перетворювачів.

Сонячні колектори випускаються підприємствами України, вітчизняні фотоелектричні установки тільки починають виходити на ринок, хоча відчувається гостра потреба в сировині за прийнятною ціною. Потрібна державна підтримка для відродження існуючого в країні потенціалу з виробництва сонячного кремнію (раніше 10 % світового виробництва було в Україні).

Геотермальна енергетика є досить перспективним джерелом енергії для України. Найбільш сприятливі умови для використання геотермальних вод існують у Закарпатті і в Криму, але навіть в цих районах використовується не більше 2 % потенціалу. Геотермальні води можуть бути використані для опалення та гарячого водопостачання. Перспективним напрямом також є спорудження ГеоТЕС, які є екологічно чистими і рентабельними з низькими термінами окупності (менше 5 років).

Джерел низькопотенційної енергії існує достатньо у всьому світі, в Україні в тому числі. Це і енергія ґрунту, ґрунтових вод, водоймищ і повітря. Розвинута промисловість країни, низька ефективність використання енергії, значні обсяги стоків, відходів обумовлює дуже значний потенціал цієї вторинної енергії, який може бути використати при відповідному розвитку теплонасосних технологій. Науково-промисловий потенціал для створення вітчизняного виробництва теплонасосних установок (ТНУ) в Україні достатній. Екологічна ефективність і економічна доцільність розвитку цього напряму доведені світовим досвідом. Перепонами на шляху широкомасштабного впровадження цих надзвичайно перспективних технологій в Україні є поки що їх відносно висока ціна систем з використанням ТНУ для приватних будинків, відсутність досвіду і спеціального обладнання для установки теплонасосних систем, а також відсутність інформації щодо переваг цих технологій. Для промислових підприємств головною причиною неуваги є ще поки що відносна дешева енергія традиційних джерел (газу, вугілля та ін.).

Надійним додатковим джерелом енергії в Україні може бути синтез газ, який можна одержати із бурого вугілля, відходів переробки кам'яного вугілля, торфу та ін., а також шахтний метан. За розрахунками фахівців Національного агентства з питань забезпечення ефективного використання енергетичних ресурсів (НАЕР) у 2008 році виробництво синтез газу може вирости до 1 млрд м³, а в найближчі 15-20 років планується досягнути виробництва 40 млрд м³синтезгазу, що є еквівалентом 25 млрд м³природного газу. В Україні розроблено нові технології виробництва синтез газу практично з будь-якої біомаси, є приклад побудови експериментального заводу, планується розширювати будівництво нових заводів по переробці бурого вугілля в синтез-газ.

За запасами шахтного метану Україна посідає 4 місце у світі, але його видобуток (утилізація) складає всього 80 млн м³на рік. Якщо використати сучасні та перспективні технології, Україна може у найближчий час видобувати 2 - 4 млрд м³ метану, а в перспективі до 6 - 9 млрд м³метану на рік.

Україна має потужні ресурси гідроенергії малих рік - біля 63 тисячі малих рік, потенціал яких складає до 28 % від загального гідропотенціалу України. Розвиток малої гідроенергетики буде сприяти децентралізації енергосистем, що дає можливість вирішувати проблеми енергопостачання важкодоступних сільських районів, вирішує комплекс їх економічних, екологічних і соціальних проблем. Це, в першу чергу, стосується територій Західної України, де мікро і міні ГЕС могли б стати основою їх енергозабезпечення. Перевага малої гідроенергетики - малі капітальні витрати, дешева та екологічно чиста енергія, наявність в країні достатнього науково-технічного і виробничого потенціалу та досвіду використання обладнання. Основними причинами недостатнього розвитку цього напряму в дійсний час є складний економічний і фінансовий стан, значне подорожчання будівництва, недостатня підтримка з боку держави.

Суттєву роль у впровадженні НВДЕ має зіграти місцева влада, оскільки, рівень їх впровадження суттєво залежить від місцевих умов. Підвищення цін на традиційні енергоносії та екологічних платежів, повинно стати поштовхом для неї в напрямі впровадження НВДЕ. Але державі необхідно створити сприятливі умови для залучення інвестицій (в першу чергу, приватних) та надати можливість створювати фонди підтримки тих напрямів НВДЕ, які є найбільш економічно доцільними в даному регіоні.

На регіональному рівні потрібно вирішувати, які з видів НВДЕ найбільш доцільно впроваджувати, оптимізувати фінансову та іншу підтримку розвитку НВДЕ.

Таким чином, наявний потенціал НВДЕ в Україні, її науково-промисловий потенціал дозволяють в найближчий період значно збільшити темпи нарощування обсягів використання НВДЕ в країні. Але для цього потрібно за досвідом європейських країн створити умови для стимулювання інвестиційної активності у цій сфері, залучаючи як власні, так і іноземні інвестиції.



Розділ 2. Оцінка річних можливостей ВЕУ

2.1 Основні положення Атласу енергетичного потенціалу України

Україна має потужні ресурси вітрової енергії: річний технічний вітроенергетичний потенціал дорівнює 30 млрд. кВтгод.

В результаті обробки статистичних метеорологічних даних по швидкості та повторюваності швидкості вітру проведено районування території України пошвидкостях вітру і визначено питомий енергетичний потенціал вітру на різній висоті відповідно до зон районування.

Приведені дані є базовими при впровадженні вітроенергетичного обладнання і призначені до використання проектувальниками об'єктів вітроенергетики для встановлення оптимальної потужності вітроагрегатів та тилу енергії (електрична або механічна) для ефективного її виробництва в конкретній місцевості.

В умовах України за допомогою вітроустановок можливим є використання 1519% річного об'єму енергії вітру, що проходить крізь перетин поверхні вітроколеса. Очікувані обсяги виробництва електроенергії з 1 м² перетину площі вітроколеса в перспективних регіонах складають 8001000 кВтгод/м² за рік.

Застосування вітроустановок для виробництва електроенергії в промислових масштабах найбільш ефективно в регіонах України, де середньорічна швидкість вітру > 5 м/с: на Азово-Чорноморському узбережжі, в Одеській, Херсонській, Запорізькій, Донецькій, Луганській, Миколаївській областях, АР Крим та в районі Карпат.

Експлуатація тихохідних багатолопатевих вітроустановок з підвищеним обертаючим моментом для виконання механічної роботи (помолу зерна, підняття та перекачки води і т.п.) є ефективною практично на всій території України.

Вітроенергетика України має достатній досвід виробництва, проектування, будівництва, експлуатації та обслуговування як вітроенергетичних установок, так і вітроенергетичних станцій; в країні є достатньо високий науково-технічний потенціал і розвинена виробнича база. В останній час розвитку вітроенергетичного сектора сприяє державна підтримка, що забезпечує реалізацію ініціатив по удосконаленню законодавства, структури керування, створенню вигідних умов для внутрішніх і зовнішніх інвесторів.

Реалізація державних національних програм в галузі вітроенергетики на 2010 рік передбачає загальне річне виробництво електроенергії на вітроелектростанціях та автономних вітроустановках близько 5,71 млн. МВтгод; що дозволить забезпечити біля 2,5 відсотків від загального річного електроспоживання в Україні.

Використання представлених в атласі даних по потенціалу вітрової енергії значно спрощуватиме і здешевлюватиме роботи по вибору та проектуванню вітроенергетичного обладнання та об'єктів вітроенерегетики.

Таблиця 2. Питомий енергетичний потенціал вітрової енергії в Україні

№ району	Середньорічна швидкість вітру, Vср, м/с	Висота, м	Природний потенціал вітру, кВтгод/м2 рік	Технічно-досяжний потенціал вітру, кВтгод/м2 рік
1	<4,25	15	1120	200
		30	1510	280
		60	2030	375
		100	2530	460
2	4,5	15	2010	390
		30	2710	520
		60	3640	700
		100	4540	850
3	5,0	15	2810	520
		30	3790	690
		60	5100	860
		100	6350	975
4	5,5	15	3200	620
		30	4320	830
		60	5810	1020
		100	7230	1150

2.2 Аналіз конструктивних схем вітроенергетичних установок

Принцип дії всіх вітроустановок один: під напором вітру обертається вітроколесо з лопатями, яке передає крутильний момент через систему передач валу генератора, що виробляє електроенергію. Реальний к.к.д. кращих вітрових колес досягає 45% у разі стійкої роботи при оптимальній швидкості вітру.

Існують дві принципово різні конструкції вітроенергетичних установок (ВЕУ): з горизонтальною і вертикальною віссю обертання.



Рис. 1. Конструктивна схема ВЕУ з горизонтальною віссю обертання: 1 - робоча лопать; 2 - трансмісія; 3 - віндроза; 4 - башта; 5 - вал відбору потужності; 6 - електрогенератор

Конструктивна схема ВЕУ з горизонтальною віссю наведена на рис. 1. Основними елементами установки є вітроприймальний пристрій (лопаті), редуктор передачі крутильного моменту до електрогенератора, електрогенератор і башта. Вітроприймальний пристрій разом з редуктором утворюють вітродвигун. Завдяки спеціальній конструкції лопатей в повітряному потоці виникають несиметричні сили, які створюють крутильний момент.

Оскільки вітер може змінювати свою силу і напрям, вітрові установки обладнуються спеціальними пристроями контролю і безпеки. Ці пристрої складаються з механізмів розвороту вісі обертання за вітром (віндроза), нахилу лопатей відносно землі при критичній швидкості вітру, системи автоматичного контролю потужності та аварійного відключення для установок великої потужності.

Найчастіше на ВЕС (рис. 2) використовується трилопатеве вітроколесо з горизонтальним розташуванням вісі ротора. Удосконалення відбуваються шляхом збільшення розмірів лопатей, покращення техніко-економічних показників енергетичного обладнання і електронного управління, використання композитних матеріалів і застосування більш високих башт. Деякі ВЕУ функціонують зі змінною швидкістю або взагалі не використовують редуктор і працюють за методом прямого приводу. Так, при потужності ВЕУ 2,5 МВт діаметр лопатей вітроколеса досягає 80 м, а висота башти більше 80 м.

Рис. 2. Вітрова електростанція Shiloh II (США, штат Каліфорнія) введена в дію в лютому 2009 року

ВЕУ з вертикальною віссю обертання мають переваги перед установками з горизонтальною віссю, які полягають у тому, що зникає необхідність у пристроях орієнтації на вітер, спрощується конструкція і знижуються гіроскопічні навантаження, обумовлені додатковим напруженням в лопатях, системі передачі та інших елементах установки, з'являється можливість встановлення редуктора з генератором в основі башти. Конструктивна схема ВЕУ з вертикальною віссю обертання наведена на рис. 3.



Рис. 3. Конструктивна схема ВЕУ з вертикальною віссю обертання: 1 - стартер (ротор Савоніуса); 2 - вісь; 3 - електрогенератор; 4 - гальмівний пристрій; 5 - робоча лопать; 6 - розтяжка; 7 - рама; 8 - перетворювач напруги; 9 - акумулятор; V - швидкість вітру; H - висота вітроустановки; h - половина висоти робочої лопаті; n - швидкість обертання робочої лопаті; D - діаметр розгортки лопатей

На сьогодні розроблена і використовується значна кількість схем перетворення енергії вітру в електричну енергію постійного чи змінного струму або для виконання механічної роботи.

Основними недоліками ВЕС є:

Непостійне і нерівномірне вироблення електроенергії як протягом доби, так і за сезонами року, що пов'язано з наявністю вітру і його швидкістю.

Використання значних площ земельних ресурсів. Так, для ВЕС потужністю 1000 МВт треба загальна площа 70-200 км2, хоча більша частина цих земель може бути використаною в сільському господарстві та ін. (сама ВЕС займає 1% загальної площі). При використанні ВЕС морського базування цей недолік зникає.



2.3 Розрахунок річних можливостей ВЕУ

Кількість енергії, що виробляє вітроенергетична установка (ВЕУ) залежить від місця її розміщення, енергетичних характеристик вітру та характеристик самої ВЕУ.

Потужність вітрового потоку обчислюється з використанням наступної залежності [2]:

, (2.1.)

де: Р - потужність вітрового потоку, Вт;

с- щільність повітря,при стандартних атмосферних умовах с = 1,225 кг/м ³;

S- поперечна площа вітрового потоку, м² (S = 415,27 м²);

V- швидкість вітру, м/с.

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт



У Атласі енергетичного потенціалу відновлюваних джерел енергії України швидкість визначається, як її середньоарифметичне значення за відповідний період (рік, квартал, місяць) - V_c, за допомогою якої розраховують середню потужності вітру - Р_с, за допомогою залежності:

, (2.2.)

Визначення потужності ВЕУ здійснюється за допомогою залежності:

(2.3.)

де Ср - коефіцієнт використання вітроколесом енергії вітра.

Відповідно до [2]

Срmax=0,593 є теоретична границя Бетця.

- ккд ВЕУ, для сучасних ВЕУ складає 20 … 30%.

При умові визначення середнього значення Ср= 0,=25, а = 0,28, то за допомогою (2.3) вихідна потужність ВЕУ - Рвэу дорівнює:

Рвэу = 0,25 * 0,28 * 1,225 * S _к V c³ = 0,103 * Sк * Vc³ (2.4.)

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт



Кількість енергії - W, що видає ВЕУ, яка має вітроколесо площею Sк, при швидкості вітру Vc за відповідний період часу - T, обраховується наступним чином:

W = (Р_вэу^. T)/1000, кВт ^. г( 2.4)

Термін роботи установки за рік T= 24 х 365 = 8760 годин.

Площа вітроколеса

S_к= р ^. d²/4 = 415,27 м²

W₁ = (Р_вэу1·T)/1000, кВт ^. г=(7691,63·8760)/1000=67378,68 кВт ^. г

W₂ = (Р_вэу2·T)/1000, кВт ^. г=(12214,02·8760)/1000=106994,82 кВт ^. г

W₃ = (Р_вэу3·T)/1000, кВт ^. г=(18232,01·8760)/1000=159712,4 кВт ^. г

W₄ = (Р_вэу4·T)/1000, кВт ^. г=(22959,25·8760)/1000=201123,1 кВт ^. г

W₅ = (Р_вэу5·T)/1000, кВт ^. г=(35609,4·8760)/1000=311938,3 кВт ^. г

W₆ = (Р_вэу6·T)/1000, кВт ^. г=(47369,1·8760)/1000=414953,1 кВт ^. г

Результати розрахунку заносимо в таблицю 3.

Таблиця 3

Vc, м/с	6	7	8	9	10	11
Vc3	216	343	512	729	1000	1331
Sк, м2	415,27	415,27	415,27	415,27	415,27	415,27
Рвэу, Вт	7691,63	12214,02	18232,01	22959,25	35609,4	47369,1
W, кВт г/рік	67378,68	106994,82	159712,4	201123,1	311938,3	4149533,1



Висновок

У ході виконання розрахунково-графічної роботи було досліджено та проаналізовано стан розвитку відновлювальних джерел енергії у світі в цілому та в Україні зокрема. Було встановлено, що на даний момент на відновлювальні джерела енергії припадає близько 14 % у світовому споживанні енергії. Все більше країн звертають свою увагу на альтернативну енергетику, оскільки вона має ряд значних переваг, такі як: дуже низький рівень викидів парникових газів (або зовсім не мають) та мають невичерпний (відновлювальний) запас палива, необхідний для їх реалізації.

До країн, які найбільш інтенсивно розвивають ринок відновлювальних джерел енергії слід віднести США, країни ЄС (в першу чергу Швецію, Австрію, Фінляндію, Німеччину, Іспанію), Японію та Китай. Різні країни надають перевагу різним видам ВДЕ. Найбільш динамічно розвиваються такі види ВДЕ, як: вітроенергетика, біоенергетика, сонячна енергетика та використання низькопотенціальної енергії із застосуванням теплових насосів.

Україна також має значний потенціал для розвитку відновлювальної енергетики. Можливості використання ВДЕ мають всі області країни. Разом з тим, не зважаючи на значний обсяг прийнятих законів, програм, нормативних актів та інших документів, справа з впровадженням НВДЕ у країні йде занадто низькими темпами, вклад в енергетичний баланс країни є незначним. Відсутня державна підтримка з розвитку альтернативної енергетики, тому вона перебуває у такому стані.

Україна має потужні ресурси вітрової енергії: річний технічний вітроенергетичний потенціал складає 30 млрд. кВтЧгод. Відповідно до енергетичного атласу, виробництво електроенергії з допомогою вітроустановок найбільш доцільне в Одеській, Херсонській, Запорізькій, Донецькій, Луганській, Миколаївській областях, АР Крим та в районі Карпат, оскільки середньорічна швидкість вітру в даних областях > 5 м/с.

Також було вивчено принцип дії всіх вітроустановок: під напором вітру обертається вітроколесо з лопатями, яке передає крутильний момент через систему передач валу генератора, що виробляє електроенергію. Реальний ККД кращих вітрових коліс досягає 45% у разі стійкої роботи при оптимальній швидкості вітру. Існують дві принципово різні конструкції вітроенергетичних установок: з горизонтальною і вертикальною віссю обертання.

Аналізуючи розрахунки, можна сказати, що вихідна потужність вітроенергетичної установки залежить від швидкості набігаючого вітру та площі перетину вітроколеса. Чим більша швидкість вітру та площа вітроколеса, тим більша вихідна потужність вітроенергетичної установки та кількість енергії, що видає ВЕУ. Про це можна судити з розрахунків. Так, наприклад при швидкості вітру V_C = 6 м/с кількість енергії, що виробляє ВЕУ складає 67378,68 кВтЧгод, а при швидкості вітру V_C = 11 м/с, кількість виробленої енергії складає 414953,1 кВтЧгод.



Список використаних джерел

1. Розпорядження Кабінету Міністрів України від 15.03.2006, № 145р “Про затвердження Енергетичної стратегії України на період до 2030 року”.

2. Неисчерпаемаяэнергия. Кн. 2. Ветроэнергетика /В.С. Кривцов, А.М. Олейников, А.И. Яковлев. - Учебник. - Харьков: Национальныйаэрокосмическийуниверситет «ХАИ», Севастополь: Севастопольскийтехническийуниверситет, 2004. - 519 с.

3. Жуковский Н.Е. Пол. собр. соч.: в 10 т. - М.: Л.: Гособорониздат. - 1939. Т.2. Теоретическиеосновывоздухоплавания. - 206 с.

4. Электронный журнал энергосервиснойкомпании «Экологическиесистемы» ЭСКО, 2003, 2004, 2006, 2007.

5. Абрамовский Е.Р. Аэродинамикаветродвигателей. Днепропетровск: ДГУ. - 1987. - 219 с.

6. Бабенко Г.А. Вітроенергетичний комплекс України - дослідження, проблеми, перспективи/ Новини енергетики. - 2003. - С. 1-17.

7. Соляник М.Б. Вітроенергетика України. Вісті Академії інженерних наук, № 1, 2005.

8. http://old.niss.gov.ua/Monitor/november08/2.htm.

9. http://energetika.in.ua/ru.

Размещено на Allbest.ru

...