Галузі майбутнього: розвиток «зеленої» енергетики

Вже декілька років різні країни світу ведуть неофіційне змагання: хто зможе найдовше забезпечити своїх споживачів енергією з відновлювальних джерел (ВДЕ). Першою, ще у 2016 році, відзначилася Шотландія – одного дуже вітряного серпневого дня всі вітряки країни виробили 106% електроенергії, тобто, на 6% більше, ніж треба було для споживання. У травні 2018 року «зелені» станції Німеччини кілька годин забезпечували всю енергосистему країни «чистою» електроенергією.  

Проте найбільше відзначився Китай, де у 2017 році з 17 по 23 червня ціла провінція Цинхай – населення і промисловість – користувалася виключно енергією води, сонця та вітру. Найбільший обсяг – 72% – забезпечили гідроелектростанції, решту – сонячні та вітрові станції. Саме робота ВДЕ дозволила не спалити понад 500 000 тонн вугілля.

Глобальне потепління на очах змінює клімат нашої планети, стихійні лиха вже виникають у тих регіонах, де про них ніколи не чули. У доповіді експертів ООН, яку оприлюднили 8 листопада 2017 року в південнокорейському місті Інчхон, зазначено, що людству будь-що необхідно втримати глобальне потепління на рівні 1,5 градуса Цельсія  порівняно з доіндустріальною епохою. Наразі середньорічна температура вже піднялася на 1 градус Цельсія. 

Серед першочергових заходів експерти ООН пропонують звести до 2050 року викиди СО2, що створюють парниковий ефект в атмосфері, до нуля. І одним з кроків на цьому шляху є відмова від енергетики на викопних видах палива. Саме тому Mind обрав «зелену» енергетику як одну з найперспективніших галузей наступного десятиліття і розповість про неї в межах спецпроекту «Галузі майбутнього».

Як розвивається світова альтернативна енергетика

У світі є країни, які максимально використовують відновлювальні джерела енергії просто через те, що вони найдоступніші. Наприклад, Ісландія розташована на гарячих підземних гейзерах. На найбільших із них побудовані парові електростанції, а зайву гарячу воду пускають у труби під дорогами і таким чином підігрівають їх узимку. Енергобаланс Норвегії майже на 80% складається з енергії гідроелектростанцій. У країні багато гірських річок. А технології використання води людству відомі вже декілька тисяч років.

Іншим країнам не так пощастило з природними енергоджерелами, тож вони змушені розбудовувати сонячні та вітрові станції. На початок 2018 року світові потужності «зеленої» енергетики (сонце і вітер) перевищили 1 ТВт, або понад 1000 ГВт електроенергії – це стільки, скільки виробляють усі вугільні ТЕС Китаю чи вся генерація США.

Щороку темпи приросту будівництва сонячних панелей та вітряків зростають на 20–30%. Лише у 2017 році у світі було побудовано 51 ГВт потужностей «зеленої» генерації. Це майже дорівнює потужності всієї генерації України – 55 ГВт. На сьогодні співвідношення світового виробітку електроенергії між вітровими та сонячними станціями становить 54% на 46% відповідно. Та до 2020 року це співвідношення зміниться на користь сонячних панелей.

У 2017 році на розвиток «зеленої» генерації було витрачено $333,5 млрд. На сонячні станції було спрямовано $160,8 млрд, на вітрові парки – $107,2 млрд, ще $48,8 млрд – на енергоефективне обладнання, акумуляторні системи, електротранспорт та технології Smart Grid. Такі дані оприлюднило видання Bloomberg New Energy Finance.

Щоб вийти на 1 ТВт електроенергії від «зелених» джерел, світу знадобилося 40 років і $2,3 трлн інвестицій. Другий тераватт «зеленої» енергії людство отримає через п'ять років і лише за $1,23 трлн, вважає Bloomberg.

Якими темпами країни готові впроваджувати «зелену» енергетику

Найбільш послідовним прибічником «зеленої» генерації є Німеччина, яка заявила, що до 2050 року готова на 80% перейти на відновлювальні джерела енергії. Інші країни Європи та США говорять про набагато скромніші показники: до 2040 року вони готові довести сталу частку альтернативних джерел у своєму загальному енергобалансі до 40%.

Хоча вже зараз ці країни мають неабиякі досягнення. Так, Данія та Великобританія кілька разів виходили на показники вироблення понад 30% електроенергії своїми вітровими станціями. А США в червні 2017 року виробили 10% електроенергії у загальному балансі на станціях «зеленої» генерації.

Україна про обов’язки щодо «зеленої» генерації на 2040–2050 роки наразі не говорить. Разом із тим наша обіцянка вийти на рівень 11% ВДЕ до 2020 року, схоже, буде виконана. У 2017 році майже 8% електроенергії виробляли відновлювальні джерела енергії. Після 2020 року Україна матиме більше досвіду, щоб прогнозувати свій розвиток «зеленої» генерації у довгостроковій перспективі.

Найбільші вітрові станції світу та Європи

Людство давно намагалося підкорити енергію сонця і вітру, але тільки в останні пару десятиліть у цих галузях відбувся певний прорив і почалася розбудова потужних систем. Якщо враховувати номінальну потужність однієї «зеленої» станції, то лідерство тримають Китай та Індія. Третє місце за потужностями посідає США.

Отже, найпотужніший вітровий парк світу – «Ганьсу» потужністю майже 8 ГВт – знаходиться у китайській провінції Ганьсу. До 2020 року китайський уряд планує довести загальні вітрові потужності країни до 20 ГВт.

На другому місці – парк «Муппандал», Індія, його потужність лише 1,5 ГВт.

Третє місце також у індійської станції – «Джайсалмер» потужністю 1,06 ГВт.

Четверте і п’яте місця за потужностями вітрових станцій посідають США: Alta – 1,02 ГВт (Каліфорнія) і Shefferds Flat – 845 МВт (Орегон).

Поки що у світі переважна кількість вітрових станцій знаходиться на суші. Проте країни Північної Європи зробили ставку на морські вітропарки.

Довгі роки лідером з вітроенергетики була Данія. Тож саме данські інженери першими вирішили винести потужні вітряки просто в море: там ніщо не стримує напрямки вітру, а самі вітрові башти понад 100 м у висоту і масою у тисячі тонн нікому не заважають і не загрожують у разі поламки. Сьогодні такі станції є у Великобританії, Данії, Норвегії, Ірландії, Німеччини.

Найбільший вітровий парк Європи потужністю у 346 МВт – Burbo Bank – з’явився у Великобританії, у Ліверпульській затоці. Першу чергу запустили ще у 2007 році, а другу почали будувати у 2016-му, а вже 17 травня 2017 року вона була введена у дію. Загальна площа парку вітряків дорівнює 20 000 футбольних полів. Висота однієї конструкції сягає 195 м, а довжина вітрової лопаті – 79,8 м. Один оберт такої лопаті забезпечує електроенергією невеличкий будинок на 29 годин. Загалом же вона може постачати електроенергію до 600 000 домівок.

Найбільші сонячні станції світу та Європи

Найбільша у світі сонячна станція потужністю значно поступається вітровій. Індійська Sambhar Lake (наразі будується) матиме потужність лише у 4 ГВт, що вдвічі менше проти найбільшої вітрової. Вартість цього проекту – $4 млрд.

На другому місці – Longyangxia Dam Solar Park, Китай. Була введена в експлуатацію у 2015 році, її потужність 850 МВт.

На третьому місці – Kamuthi Solar Power Project, Індія, потужність 648 МВт. Проект завершено у 2016 році.

Ще дві сходинки у п’ятірці посідають станції Solar Star і Topaz у Каліфорнії, США. Їхні потужності 580 МВт і 550 МВт відповідно.

Європа подібними досягненнями похвалитися не може, переважно через те, що не має таких вільних земельних ділянок. Утім, у 2017 році в Португалії китайська національна компанія CNBM розпочала будівництво найбільшої в Європі сонячної станції – Solara 4 Vaqueiros потужністю 221 МВт.

Майже таку саму станцію невдовзі буде збудовано й в Україні. Навесні 2018 року компанія ДТЕК розпочала будівництво Нікопольської СЕС потужністю 200 МВт – монтаж сонячних панелей почався у жовтні. А ввести в експлуатацію її планують на початку 2019 року. Загальна площа станції становитиме 400 га.

Як світ працює над доступністю «зеленої» енергетики

Усі країни світу та провідні виробники сонячного і вітрового обладнання шукають можливості збільшити частку «зеленої» енергетики, зробити її дешевшою та зацікавити в її розбудові якнайбільше пересічних споживачів.

Досі стандартна ефективність полікристалічних панелей для сонячних станцій складала 16,5%. Та нещодавно один з провідних розробників повідомив, що цю ефективність вдалося підняти до 23,5%. Поки що в лабораторних умовах, але тепер доведення її до промислових параметрів – питання часу. Тобто площа розміщення панелей та витрати на їхнє обслуговування, а також зусилля зі встановлення і тарифи значно зменшаться.

Виробники вітрових лопатей і турбінних модулів теж вдосконалюють свою продукцію. Модулі вже можуть повертатися за вітром, так би мовити, самі «ловити» напрямки подуву, а не просто чекати «попутного вітерцю». А на лопатях з’являються додаткові конструкційні смужки, що вловлюють навіть найменший подув.

Виробники програмного забезпечення удосконалюють свої системи Smart Grids, які збирають усю інформацію про зміну погодних умов, та роблять все більш точні прогнози. Це дозволяє коректніше розраховувати роботу вітрових та сонячних станцій. Усі ці досягнення й використовують прогресивні чиновники.

Показовим прикладом є найбільший штат США – Каліфорнія. Уряд штату розглядає законопроект, яким планує зобов’язати з 2020 року встановлювати сонячні панелі на дахах усіх нових приватних та багатоквартирних будинків. А тим, хто встановить акумулятори та максимально користуватиметься власною електрикою, будуть надані бонуси.

На певний експеримент зголосилися й мешканці невеличкого німецького містечка Морбах, де проживає 11 000 людей. До 2020 року мешканці хочуть на 100% забезпечувати себе електричною та тепловою енергією з екологічно чистих джерел. Щоправда, мешканцям Морбаха не доведеться починати з нуля: біля цього населеного пункту вже діє такий собі парк – «Енергетичний ландшафт», який поєднує біогазову установку, 14 вітрогенераторів та сонячну станцію, розташовану на 4 га. Біоустановка працює на відходах місцевого сільського господарства.

Сьогодні влада містечка шукає інвестора, який би розробив та впровадив концепцію оптимального змішаного використання усіх трьох джерел, які б повністю покривали потреби Морбаха – і мешканців, і промислових виробництв.

Україна в світовому «зеленому» тренді

Треба зазначити, що Україна розбудовує свою «зелену» енергетику за обома сценаріями. З одного боку, потужні промислові інвестори будують великі станції. Лише за 2018 рік було зроблено декілька гучних заяв. 

Навесні цього року компанія «Токмак Солар Енерджі» оголосила про будівництво сонячної станції на 50 МВт у Запорізькій області. Поки що введено в експлуатацію першу чергу на 11 МВт. Влітку норвезька компанія NBS AS заявила про будівництво вітрового парку потужністю 250 МВт у Каланчакському районі Херсонської області. Будівництвом ще трьох потужних станцій опікується ДТЕК. Про сонячну станцію ми вже згадували вище. Тепер слід назвати вітрові проекти ДТЕК: Приморська ВЕС потужністю 200 МВт та Орловська ВЕС на 100 МВт у Запорізькій області. Їх планують завершити до 2020 року.

З іншого боку, місцеві українські чиновники, як і в німецькому Морбаху, оголошують про поступовий перехід своїх міст на 100% відновлювальних джерел. Щоправда, ставлять собі дещо поблажливіший кінцевий термін – 2050 рік. Улітку 2018 року подібні зобов’язання взяли на себе мери трьох українських міст: Житомира, Кам’янця-Подільського та Чорткова. Відповідний меморандум вони підписали з Міжнародною кліматичною організацією 350.org. У вересні до підписантів приєднався і Львів.

Першочерговими заходами керівництво міст бачить будівництво нових «зелених» ТЕЦ на біопаливі. Наступними кроками стануть уже загальносвітові «зелені» тренди. Мер Львова Андрій Садовий пояснив, що в план розвитку міста включені пункти підтримки електротранспорту, інвестиції в очисні споруди та новітні технології на основі вітру і сонця.

Майбутнє потребує нових спеціалістів

З розвитком «зеленої» енергетики у бізнесу з’явилися нові запити на ринку праці. Як з’ясував Mind, жоден з вищих навчальних закладів України ще не готує вузьких галузевих спеціалістів, йде лише формування запиту. У навчальні програми включаються теми з відновлювальної енергетики.

Mind звернувся до співробітників компанії ДТЕК, яка є однією з провідних компаній у розбудові «зелених» станцій, з питанням: які знання та якості потрібні новим спеціалістам у галузі відновлювальних джерел? Загальними зусиллями вдалося визначити декілька напрямків.

Із збільшенням кількості «зелених» станцій виникла потреба у спеціалістах з прогнозування виробітку електроенергії об’єктами ВДЕ (вітер і сонце) в одній особі – метеоролог та енергетик із знанням математики.

При обслуговуванні вітроенергетичних установок (ВЕУ) необхідно мати спеціалістів і в електричній частині ВЕУ, і в комунікаційній, і в гідравлічній, і в механічній. Тобто потрібні універсальні електромеханіки зі знаннями, які до цього часу не були затребувані в традиційній енергетиці.

Крім того, ефективну сучасну вітроелектростанцію важко уявити без людей зі знанням аеродинаміки. Отже, спектр професій на об’єктах «зеленої» енергетики розширюється, на межі традиційних професій з’являються нові: інженери-електромеханіки вітроелектростанцій або спеціалісти з аналізу ефективності роботи об’єктів ВЕУ.

Перспективи для науки

Крім того, компанії-інвестори та виробники обладнання організовують повноцінні курси для майбутніх спеціалістів і тренінги безпосередньо на станціях, де встановлюються «зелені» джерела енергії та удосконалене енергетичне обладнання на супутніх підстанціях. Спонсорується обладнання лабораторій учбових закладів сучасною технікою.

Отже, ціла низка традиційних спеціалістів, отримавши додаткову освіту, можуть претендувати на перспективні посади, які вже затребувані ринком. Усе залежить від людини: для того, хто шукає нові можливості в професії, є всі додаткові можливості.

Певний поштовх отримала й наука, пов’язана із відновлювальними джерелами енергії. У першу чергу, це галузі, зорієнтовані на підвищення ефективності генеруючого обладнання – вітроустановки, сонячні панелі,  напівпровідникова техніка. Тож розвиваються фотоелектроніка, силова електроніка, аеродинаміка, активізувалися спроби використовувати штучний інтелект для створення «розумної станції».

Сьогодні «зелена» енергетика змушує по-новому подивитися на відомі науки та технології, що може призвести до виникнення нових, абсолютно невідомих наразі галузей знань.