Нетрадиційна енергетика в агропромисловому секторі

Перспективним напрямом створення надійних систем енергозабезпечення та істотного поліпшення умов життя і праці для населення є широке використання нетрадиційних поновлюваних джерел енергії (НПДЕ). Використання НПДЕ має цілу низку істотних переваг із точки зору їх всебічного впливу на життя суспільства. Це і забезпечення власними енергоресурсами, і скорочення імпорту палива, і диверсифікація джерел енергії, а також надійне енергозабезпечення регіону, підвищення комфортності життя і праці населення. Так, за розрахунками фахівців Інституту технічної теплофізики НАН України, використання нетрадиційних технологій теплозабезпечення дасть змогу на 25–30% скоротити споживання органічного палива в комунально-побутовому секторі.

Використання НПДЕ сприяє також розв’язанню проблеми збереження навколишнього середовища, насамперед, завдяки зменшенню антропогенного впливу енергетики на клімат, що досягається завдяки скороченню використання органічного палива, а це дасть змогу знизити кількість шкідливих викидів в атмосферу, в тому числі й викидів вуглекислого газу. За розрахунками фахівців тієї ж наукової установи, сумарний технічно доступний енергетичний потенціал таких нетрадиційних джерел енергії, як сонячна, вітрова та енергія біомаси, становить близько 77,5 млн МВт.год/рік, що може замінити до 20 млн т умовного палива щороку, очікуване щорічне зменшення викидів СО2 завдяки використанню енергетичного потенціалу цих нетрадиційних джерел енергії становитиме майже 46 млн т.

В Україні є значний потенціал основних видів поновлюваних і нетрадиційних джерел енергії, але нині їх практичне використання становить незначну частку в загальному споживанні енергії у країні, що зумовлено, насамперед, недостатнім фінансовим і законодавчим забезпеченням.

До НПДЕ, які вважаються перспективними для нашої держави, належать сонячна, вітрова, геотермальна енергія, біомаса, а також енергія малих водотоків. Усі ці НПДЕ мають великі потенційні можливості використання і здатні задовольняти значні потреби регіонів в енергії. Виходячи зі специфіки технологій використання зазначених ресурсів, можна очікувати, що їх освоєння надалі стане, здебільшого, надбанням регіонів. Енергогенеруючі установки для використання нетрадиційних джерел енергії, зазвичай, мають невелику потужність, а концентрація таких установок на одному майданчику здебільшого є економічно недоцільною, тому така енергетика стає децентралізованою й опікуватися нею мають місцеві органи влади.

Для спорудження малих енергооб’єктів, що використовуватимуть НПДЕ, для України, насамперед, можна рекомендувати такі напрями: міні-ГЕС, вітроенергетичні установки, малі ТЕЦ з використанням місцевих видів палива (біомаси, біогазу, торфу, відходів промисловості, сільського господарства, побуту тощо), системи геотермального теплопостачання, а також широке використання сонячної енергії у різних її аспектах.

Для ефективного використання потенційних можливостей впровадження кожної технології чи джерела енергії потрібна розробка цільових програм та їх реалізація відповідно до визначених пріоритетів. Регіональні програми мають визначати напрями та характер перетворень у регіоні, відбивати особливості наявних у регіоні ресурсів і, відповідно, орієнтувати розвиток енергетики на отримання максимального ефекту від експлуатації наявних енергоресурсів.

Розвиток приватного сектора аграрної галузі неможливий без забезпечення його енергією, створення нормальних умов праці. У цій ситуації також найприйнятнішим є розвиток малої енергетики, який грунтується на нетрадиційних джерелах енергії. Нині конкурентоспроможність малої енергетики зросла не тільки завдяки підвищенню цін на органічне паливо, а й внаслідок високих темпів інфляції і великих процентів на капітал, що призвело до зниження економічної ефективності великих енергогенеруючих об’єктів з тривалим строком будівництва. Тому вже нині для енергозабезпечення споживачів, які віддалені від великих енергооб’єктів і не охоплені єдиною мережею енергозабезпечення, за розрахунками фахівців, економічно вигідніше створення систем автономного енергозабезпечення на базі НПДЕ.

Щонайширше застосування в сільськогосподарському виробництві як у розвинутих країнах, так поступово і в нас дістають такі нетрадиційні види енергії, як вітрова, сонячна та енергія біомаси.

Вітроенергетика
У нетрадиційній енергетиці вітроенергетика є одним із головних і найперспективніших напрямів використання постійно поновлюваних джерел енергії та скорочення споживання органічних видів палива, а також поліпшення стану довкілля завдяки скороченню шкідливих викидів у навколишнє середовище.

Специфіка нашого сільськогосподарського виробництва потребує широкомасштабного розвитку малої вітроенергетики, техніка для якої обмежується потужністю 20 кВт. Перспективність і актуальність створення вітроустановок малої потужності посилюється нині через неякісне і нестабільне енергозабезпечення населення наявним енергокомплексом, особливо у сільській місцевості, а також розвитком фермерських господарств і наявністю великої кількості різноманітних дрібних споживачів. Потенційні споживачі передбачають використання вітроустановки для таких основних потреб, як забезпечення живлення виробничого та побутового обладнання електричним струмом, водопостачання, помел зерна та подрібнення кормів, освітлення, нагрівання води та опалення.

Останнім часом в Україні створено низку вітроустановок певної потужності й призначення. Проте, незважаючи на істотний прогрес у створенні вітротехніки, дотепер немає серійного випуску малих вітроагрегатів. Основними причинами такої ситуації є недостатня увага з боку держави до розвитку малої вітроенергетики та відсутність державного стимулювання виробників і споживачів малої вітротехніки, а також низька купівельна спроможність споживачів і відсутність обігових коштів у виробників.

Геліоенергетика
Доцільність розвитку сонячної енергетики в Україні визначається такими основними чинниками: доволі високий рівень надходження енергії сонячної радіації, наявність потужних мікроелектронних і електротехнічних підприємств, здатних за короткий термін освоїти виробництво сонячних елементів і батарей у великих масштабах, а також наявність наукових закладів і висококваліфікованих науково-технічних кадрів, які спеціалізуються на розробці сонячних елементів, обладнання і технологій їх виробництва.

За кліматичними умовами Україна належить до регіонів із середньою інтенсивністю сонячної радіації. Кількість сонячної енергії, що припадає на одиницю площі земної поверхні впродовж року, становить 1000–1350 кВт.год/м2. З урахуванням ККД сонячних установок для умов України щорічні ресурси сонячного гарячого водопостачання та опалення можуть становити до 28 кВт.год. теплової енергії на 1 м2 площі сонячних колекторів.

Для України найперспективнішими наразі є два основних напрями використання сонячної енергії: безпосереднє її перетворення в низькопотенційну теплову енергію без попередньої концентрації потоку сонячної радіації і безпосереднє її перетворення в електричну енергію постійного струму за допомогою фотоперетворювачів.

Використання сонячної енергії для гарячого водозабезпечення та опалення є найефективнішим і найвідпрацьованішим. Основним елементом систем активного сонячного теплозабезпечення є плоский сонячний колектор, який являє собою геліоприймальний абсорбер, по якому циркулює теплоносій. Конструкція сонячного колектора теплоізольована з тильної і засклена з лицьової сторони. Конструктивне вдосконалення такого типу колекторів відбувається в двох напрямах: пошук нових неметалевих конструкційних матеріалів і удосконалення оптико-теплових характеристик найвідповідальнішого вузла “абсорбер — світлопроникний елемент”.

В Україні сонячне теплозабезпечення має достатній досвід використання, а технологічний потенціал вітчизняної промисловості дає змогу розв’язати завдання масового виробництва геліотехнічного обладнання. Проектним інститутом нетрадиційних електротехнологій поставлені на виробництво два типи сонячних колекторів з чорного (КС-3) і кольорового (КСБ-4.00) металів, призначені для використання у будь-яких системах сонячного теплозабезпечення. Добова продуктивність колекторів, залежно від схеми та умов роботи, становить від 80 до 120 л гарячої води температурою 50...55°С з 1 м2 робочої поверхні геліоприймача. У НВП “Укргеліопром” створено сонячний колектор з максимальною температурою нагрівання 220°С, а також сонячний водонагрівач для індивідуальних і дачних будинків, промисловості й сільського господарства. АТ “ІНКОНМАШ” виробляє сонячний плоский колекторний водонагрівач КПЛШ-10.02, здатний забезпечити за добу до 170 л гарячої води з температурою 60°С. Розроблено також інше геліотехнічне обладнання. Колектори сончної енергії, розроблені в Україні, за теплотехнічними показниками не поступаються кращим світовим зразкам, але поки що істотно програють за металомісткістю і довговічністю основних елементів — поглинача теплової енергії і світлопроникного покриття.

Однак серійного промислового виробництва сонячних колекторів, які є основним елементом теплового геліоенергетичного обладнання, в Україні немає. Тому можна стверджувати, що основним чинником, що стримує широке використання геліотехнічного обладнання в країні, є відсутність його продажу на внутрішньому ринку, насамперед, для індивідуального споживача. Своєю чергою впровадження сонячних колекторів у виробництво, з урахуванням високих і постійно зростаючих цін на матеріали, стримується відсутністю стимулюючої державної політики в цьому питанні.

Фотоелектричне перетворення сонячної енергії є також одним із пріоритетних напрямів використання сонячної енергії, що зумовлюється можливістю отримання електроенергії практично у будь-якому регіоні, екологічною чистотою перетворення енергії, значним строком служби, невеликими витратами на обслуговування, незалежністю ефективності перетворення сонячної енергії від встановленої потужності. За останні роки досягнуто значного технічного прогресу в фотоелектричному перетворенні сонячної енергії, що дало змогу відчутно знизити питомі капіталовкладення в установки такого типу і собівартість виробленої ними електроенергії. Однак поки що основною перепоною розвитку фотоенергетики в Україні залишається висока вартість встановленої потужності сонячних фотоелектричних перетворювачів і, відповідно, генерованої електроенергії.

В. Ясенецький,
членкор АІНУ, канд. техн. наук,
В. Клименко,
ст. наук. співробітник,
Український НДІ по прогнозуванню та випробуванню техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва
Далі буде »