Зараз відновлювані джерела енергії (ВДЕ) є світовим трендом. Уряди країн просувають рішення що сприяли б їх розвитку, в ЗМІ все більше інформації про успішні проекти ВДЕ з усіх куточків планети. Чи насправді об’єкти ВДЕ є ефективними або ж просто вони як і багато інших галузей економіки “кришуються” лобістами та щедро удобрюються дотаціями? Законами держав, думками людей можуть нехтувати, але законами фізики — навряд. Тому поговоримо про енергетичну окупність енергії з відновлюваних джерел. Тобто період часу, через який електростанція “поверне” енергію витрачену на її виробництво і встановлення.
Тренди в світовому виробництві енергії
Наразі ВДЕ “успішно крокують” світом. Поглянемо на динаміку росту кількості об’єктів ВДЕ і вартість їх встановлення:
На графіці видно що в останні роки найбільше зростає кількість вітрових і сонячних електростанції (ВЕС і СЕС) Це пов’язано із поступовим зменшенням їх вартості (особливо СЕС) і збільшення ефективності як економічної так і енергетичної.
Більше інформації: https://www.irena.org/costs/Presentations/Fast-facts (англійською)
Вироблена електроенергія протягом життєвого циклу “зеленої” електростанції вже дорівнює або дешевше енергії від звичайних електростанцій – ТЕС чи АЕС
Енергетична ефективність і енергетичний строк окупності ВДЕ
Найбільш розповсюджений міф про технології відновлюваної енергетики це їх енергетична окупність: електростанції що працюють на відновлюваних джерелах за час своєї роботи не здатні повернути вкладену в них енергію, і є лише “бульбашкою”. Адже навіщо будувати щось що принесе стільки ж енергії, або навіть менше ніж вклали?
Термін окупність прийшов до нас із бізнесу, це час, за який витрачені гроші повернуться у вигляді прямого заробітку або економії.
Спрощений приклад: Ви посадили дерево волоського горіху. Ваші витрати це горіх і енергія на посадку та догляд. З першим урожаєм (років 8-10 залежить від сорту) ви отримаєте горіхи і енергетичну цінність у вигляді калорій. З’ївши ці горіхи ви компенсуєте Ваші енергетичні витрати на посадку дерева. Всі наступні врожаї – чистий прибуток енергії (горіхів). Строк життя горіха 300-400 років. Гарна інвестиція.
Повернемося до ВДЕ. Та сама історія: на виробництво обладнання, встановлення, обслуговування потрібно витрачати енергію. Для того щоб порахувати строк енергетичної окупності (років) потрібно суму енергетичних витрат в процесі виробництва поділити на кількість енергії, що виробляє система за рік. Таким чином ми дізнаємося за який строк нам повернеться вкладена енергія.
На всіх етапах енергетичні витрати це:
- Видобуток сировини і виробництво матеріалів для комплектуючих станції,
- виготовлення компонентів і комплектуючих виробів,
- виготовлення обладнання, складання вузлів на підприємстві-виробнику,
- Транспортування по всьому циклу,
- Робота техніки під час монтажу і будівництва
- витрата електроенергії на власні потреби в процесі терміну служби(робота автоматики, освітлення і інше)
- і, згодом – виведення з експлуатації електростанції що відпрацювала своє.
На всіх цих етапах ми використовуємо енергію з інших джерел, тобто “інвестуємо” у майбутню СЕС чи ВЕС
Графіка демонструє скільки енергії (%) споживає кожен етап “життя” вітровоє електростанції
Єдиним шляхом зменшити енергетичні витрати після виведення старої електростанції з роботи є повторне використання придатного обладнання і матеріалів.
Точно порахувати всі енергетичні витрати на всіх етапах майже неможливо. Для кожного об’єкту вони можуть відрізнятися, це залежить від місця, умов експлуатації, транспорту.
Так само для ВДЕ у виробництві енергії багато залежить від їхнього розташування- наявності енергії яку вони будуть “збирати”.
Було зроблено кілька досліджень, на основі яких ми побудували наступні інфографіки.
Тобто енергії що виробляє вітряк за час свого “життя” в залежності від подальшої долі матеріалів буде в 30-50 разів більше ніж було витрачено на його виготовлення і експлуатацію. Не горіх, звичайно 🙂 але теж не погано.
Порівняння з ТЕС
Для ТЕС (теплових електростанцій) і АЕС сам принцип розрахунку енергетичної окупності такий же.Види енергетичних витрат на виготовлення обладнання аналогічні. Основним дискусійним питанням є енергія яка виробляється.
Адже вугілля, газ, нафта що при спалюванні перетворюють на електрику є вичерпним ресурсом. Можуть бути використані тільки раз. Кожен кілограм, літр чи баррель. Далі вони стануть тільки парниковими газами і іншими токсичними викидами і більше ніколи не будуть нам доступні.
У випадку ж з відновлюваними джерелами вони, лише “збирають” і перетворюють наявну енергію що вже є навколо нас. після того як вони будуть демонтовані – сонце буде світити а вітер дути. Вони не виснажують енергетичну систему землі. Звичайно під час їх існування вони впливають на навколишнє середовище: під фотопанелями утворюється тінь а ВЕС створюють аеродинамічний спротив вітру і турбулентності
З енергетичної точки зору ВДЕ (ми порівнювали ВЕС і СЕС) є вигідними. Звичайно твердження що генерація з невідновлюваних ресурсів не повертає свої вкладення є дискусійним. Є дослідження в яких показано інші співвідношення енергетичної окупності для різних типів генерації. В яких найвигіднішими можуть бути АЕС або нафта. Щоправда в цих дослідженнях вичерпність і потенційна недоступність для наступних поколінь такої енергії не береться до уваги. В даному матеріалі я це врахував.
Світ однозначно потребує ВДЕ для сталого розвитку.
Мені здається, що в невеликих масштабах ефективніше себе показує сонячна електростанція. Вітровий генератор це ж механіка, отож може ламатися. Чого не скажеш про фотомодулі (тут prel.prom.ua приклади), їх можна пошкодити лише концентрованим механічним навантаженням. Коштує СЕС дешевше, а прибуток приносить більший.