Розділ 5 ЕНЕРГЕТИЧНА КРИЗА В УКРАЇНІ ТА ЇЇ ЕКОЛОГІЧНІ НАСЛІДКИ

За часів входження України до СРСР низькі ціни на традиційні енергоресурси, їх великі запаси та практичне нехтування екологічними проблемами спричинювали брак інтересу до розвитку НВДЕ. Після проголошення незалежності ситуація а енергозабезпеченням у країні принципово змінилася, тому впровадження НВДЕ розглядалося як один із заходів щодо зменшення енергетичної залежності України від імпорту енергоресурсів. Більше уваги приділялося також екологічній ситуації в державі.

Плани розвитку НВДЕ у країні конкретизовано та деталізовано в розробленій на виконання Указу Президента України "Програмі державної підтримки розвитку нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії, малої гідро- і теплоенергетики" від 2 квітня 1997 р. № 285, яку було схвалено постановою Кабінету Міністрів України від 31 грудня 1997 р. № 1505 як складову Національної енергетичної програми України. Але в умовах складної економічної ситуації та потреби чималих інвестицій на розвиток технологій використання НВДЕ реалізувати ці плани у повному обсязі не вдалося, і як результат — за 1997— 2001 pp. програму НВДЕ виконали всього на 26 %.

Разом із тим значно менші ціни на електро- і теплоенергію в Україні, порівняно з розвиненими країнами світу, де використання НВДЕ набуло найбільших масштабів, об'єктивно стримують розвиток їх використання. Тому, незважаючи на істотний потенціал основних видів відновлюваних джерел енергії, їх практичне використання на сьогодні становить лише незначну частину в паливно-енергетичному балансі України.

Отже, розглянемо альтернативні, або нетрадиційні, та відновлювані джерела енергії. Одним з таких джерел є енергія Сонця. Сонячна енергія — це кінетична енергія випромінювання (в основному світла), що утворюється в результаті термоядерних реакцій у надрах Сонця. Оскільки її запаси майже невичерпні (вчені підрахували, що Сонце "світитиме" ще кілька мільярдів років), вона належить до відтворюваних енергоресурсів.

У природних екосистемах лише невелика кількість (менше 1 %) сонячної енергії поглинається хлорофілом, який міститься у листові рослин та використовується для фотосинтезу, тобто утворення органічної речовини з вуглекислого газу та води. Сонячну енергію потрібно використовувати так, щоб її вартість була мінімальною або взагалі дорівнювала нулю. У міру удосконалення технологій та у зв'язку з подорожчанням традиційних енергоресурсів ця енергія знаходитиме нові сфери застосування. Розсіяність сонячної енергії — головна перешкода для її використання. Лише 3,5 % сонячної енергії, що потрапляє на Землю, може забезпечити всі енергетичні потреби людства на необмежений час.

Сонце — це найпотужніше джерело екологічно чистої енергії. На кожен квадратний метр поверхні земної атмосфери потрапляє 1300 Вт сонячної енергії. Інтенсивність сонячного випромінювання, яке досягає Землі, залежить від кількох факторів, передусім, від географічної широти місцевості. Найбільша вона на екваторі (до 2300кВт/м2 на рік), а на широті України (45°) становить майже 1000 кВт/м2 на рік.

Оцінювання геліоенергетичних ресурсів здійснюється на основі багаторічних спостережень за властивостями сонячної радіації. Важливими показниками є тривалість сонячного сяйва та хмарність, оскільки переривчатість у процесі потрапляння сонячної радіації (у зв'язку з чим втрачається значна частина енергії) негативно впливає на роботу геліоустановок. Оцінювання потенціалу сонячної енергії включає дані про середній розподіл прямої, розсіяної та сумарної радіації; ці показники відображають загальні закономірності надходження сонячної енергії.

Доцільність використання сонячної енергії у будь-якому районі визначається мінливістю місячних сум сумарної радіації. Найменша мінливість сумарної радіації в Україні спостерігається на Південному березі Криму, де зростання повторюваності ясних днів забезпечує більшу стійкість сонячної енергії. Також досить стійкими показниками потенціалу сонячної енергії характеризуються райони Причорноморської та Приазовської низовин, Донецької й Придніпровської височин, Закарпатської низовини. Отже, Південний берег Криму найліпше забезпечений ресурсами сонячної енергії.

Нині е такі напрями використання сонячної енергії:

— одержання електричної енергії;

— отримання побутового тепла;

— одержання високотемпературного тепла в промисловості й на транспорті.

Найбільших успіхів досягнуто в установках так званої малої енергетики. З метою отримання електроенергії використовують декілька методів. Найперспективнішим вважається метод безпосереднього перетворення випромінювання на електричну енергію за допомогою сонячних батарей. Електроенергію також можна одержувати за допомогою генераторів, які використовують теплову дію сонячних променів (паротурбінні, термоіонні, термоелектричні). Однією з таких станцій є сонячна електростанція (СЕС), побудована в Криму біля Керчі.

Це станція баштового зразка: у центрі кола діаметром 500 м встановлено 70-метрову башту з парогенератором на верхівці, її оточують 1600 геліостатів — рухомих дзеркал площею 5x5 м, які спрямовують сонячні промені на парогенератор, нагрівають у ньому воду і перетворюють її на пару з температурою 300 °С. Пара рухає турбіну з генератором. Потужність станції становить 1200 кВт. Станція експериментальна. За деякими розрахунками, побудовані за таким принципом СЕС можуть мати потужність до 100 тис. кВт. Висота башти такої станції при цьому повинна сягати 200—300 м.

В ясний день геліоустановки можуть використовувати майже всю сонячну радіацію, за винятком ранкових та вечірніх годин, коли її потужність надто мала. Тривалість сонячного сяйва зумовлюється мінливістю хмарності. Наприклад, вона змінюється за рік від 1794 годин (Харків) до 2470 (Сімферополь). Значення середньої тривалості сонячного сяйва за день з квітня до вересня змінюються в межах України від 6 до 11 годин*57. Звичайно, безперервна тривалість сонячного сяйва забезпечує найменші витрати енергії на розігрівання геліоустановки. Якщо вона перевищує шість годин, то забезпечує рентабельну роботу геліоустановок. Максимальна повторюваність безперервної тривалості сонячного сяйва понад шість годин у квітні — вересні спостерігається на Південному березі Криму (44—48%).

*57: {Клімат України / За ред. В.М. Ліпінського, В.А. Дячука, В.М. Бабіченко. – К.: Вид-во Раєвського, 2003. – С. 270. }

Світлове випромінювання можна вловлювати та використовувати безпосередньо, коли воно досягає Землі, — це безпосереднє використання сонячної енергії. Крім того, сонячна енергія забезпечує кругообіг води, циркуляцію повітря та накопичення органічної речовини в біосфері. Застосування цих енергоресурсів є, по суті, непрямим (опосередкованим) використанням сонячної енергії. Згідно з офіційними даними, якісно спроектований будинок з сонячною опалювальною системою дає змогу економити до 75 % витрат на паливо практично у будь-яких кліматичних умовах. Те саме можна сказати і про гаряче водопостачання. У середньому в домашньому господарстві на нагрівання води витрачається від третини до половини всієї споживаної енергії.

Сонячна енергія може використовуватися також з метою одержання побутового тепла (якщо потрібні джерела тепла 100—150 °С) — опалювання житлових приміщень. Розроблено проекти сонячних будинків, які вже реалізовано в деяких країнах (США, Туркменістан, Узбекистан). Тут застосовується сонячне проміння, що потрапляє на дах і стіни споруди, вкриті спеціальними колекторами тепла, де нагрівається вода до 95 °С. Для зберігання тепла, зокрема, на зимовий період, ніч та хмарні дні частина тепла відводиться у спеціальні резервуари, розміщені в підвальних приміщеннях та заповнені щебенем, А тепло, акумульоване щебенем, використовується тоді, коли в ньому виникає потреба. Влітку сонячна система такого будинку може застосовуватись і для охолодження приміщень (кондиціювання повітря). З цією метою колектори вдень відключаються, а вночі працюють, охолоджуючи щебінь у резервуарах нічним прохолодним повітрям. Потім, протягом жаркого дня, охолоджений щебінь "забирає" тепло з приміщень. Для України ця тема є дуже актуальною, особливо для південних регіонів, де влітку спекотно, а взимку бракує палива.

У таких регіонах сонячна енергія також може використовуватися для приготування їжі, сушіння зерна та фруктів, опріснення води, піднімання води з глибоких колодязів та ін. Уже розроблено досить зручні пристрої для таких потреб, наприклад, параболічні дзеркала діаметром майже 1,5 м. У фокусі такого дзеркала чайник із трьома літрами води закипає за 10 хвилин.

За використанням сонячної енергії на одну особу перше місце у світі займає Кіпр, де 90 % будинків та готелів оснащені сонячними водонагрівачами. В Ізраїлі сонячна енергія забезпечує 65 % гарячого водопостачання. Таку енергію можна перетворювати в електричну; для цього застосовують або фотоелектричні перетворювачі, або роблять це шляхом нагрівання води до температури кипіння з одержанням пари, що спричинює дію турбогенераторів. У Японії у 1998 р. встановлено майже 7000 дахових ("roof-top") сонячних систем. У кінці 1998 р. німецький уряд ухвалив рішення про зведення 100 тис. сонячних дахів у країні. Італія також приєдналася до цієї ініціативи з метою будівництва 10 тис. сонячних дахів.