Вітрова енергетика в Україні та світі

Понад 40 країн світу на кліматичному саміті COP26 у Глазго домовились про поступову відмову від вугільної енергетики протягом наступних 20 років. Серед них й Україна. Декарбонізація енергетичного сектору і зменшення викидів вуглецю для обмеження кліматичних змін – це питання проходить червоною ниткою у виступах чи не усіх світових лідерів та формує ключові віхи у міжнародній дорожній карті трансформації енергетики. Замінити найбільш «брудну» генерацію планують екологічними та відновлюваними видами палива.

Світові енергетичні тенденції

Міжнародне агентство з відновлюваної енергії (IRENA) вважає, що трансформація глобальної енергетичної системи спрямована на покращення енергетичної безпеки та підвищення доступності енергії. Для країн, які сильно залежать від імпортованого викопного палива, енергетична безпека є ключовою складовою національної безпеки, і відновлювані джерела енергії можуть надати альтернативу збільшення різноманітності джерел енергії через розвиток місцевої генерації, і тим самим сприяти гнучкості системи і стійкості до загроз (Читайте Захист об’єктів критичної інфраструктури). Значні перспективи впровадження технологій відновлюваної енергетики мають, зокрема, територіальні громади, особливо зосереджені у сільській місцевості. Адже розвиток ВДЕ зумовлює створення робочих місць на місцевому рівні та залучення до роботи як чоловіків, так і жінок різних професій. Міжнародні експерти переконані, що трансформація глобальної енергетичної системи принесе значні соціально-економічні вигоди, які є ключовими для впливу на будь-яке політичне рішення. Тож, нагальні потреби суспільства, соціальні та екологічні вигоди, а також привабливі економічні можливості є драйвером трансформації світової енергетичної системи.

Енергія вітру та сонця відіграватиме провідну роль у трансформації світового електроенергетичного сектору. У Звіті про глобальну енергетичну трансформацію за 2019 рік IRENA наводить можливі сценарії розвитку глобальної енергетики до 2050 року. Аналіз енергетичних сценаріїв показує, що зростає консенсус щодо зростаючої ваги вітроенергетики в енергетичному балансі протягом найближчих десятиліть. На думку фахівців IRENA, берегова та офшорна вітрова генерація може забезпечити більше однієї третини (35%) загального попиту на електроенергію до 2050 р., що чітко підкреслює важливість збільшення частки виробництва електроенергії з вітру для декарбонізації енергетичної системи. Та чи зможе Україна, яка задекларувала “зелений курс”, приєднатись до країн-лідерів з розвитку ВДЕ?

Читайте також: Як Україна буде зменшувати вуглецеві викиди і скільки це буде коштувати

За даними Міністерства енергетики України, частка теплової генерації в загальному виробництві електроенергії з 2016 року зменшилась на 5%. Так, якщо у 2016 році частка генерації ТЕС в загальному виробництві електроенергії складала 32,2%, то за підсумками 2020 року тепловими електростанціями було вироблено лише 27,2%. Частка кліматично нейтральної електричної енергії, виробленої на атомних електростанціях, великих ГЕС та з відновлюваних джерел енергії за підсумками 2020 року покриває близько 2/3 всього споживання. Міненерго прогнозує, що ця тенденція збережеться й надалі. Відповідно до затвердженого Міненерго прогнозного балансу електричної енергії, за підсумками поточного року очікується подальше скорочення вугільної генерації ТЕС до 25,6%. І перехід до відновлюваної генерації – не «довгострокова перспектива», а нагальна потреба.

За даними Міжнародного агентства з відновлюваної енергетики (IRENA), за два десятиліття встановлена потужність вітрової генерації у світі зросла майже в 75 разів – з 7,5 гігават ГВт у 1997 році до приблизно 564 ГВт до 2018 року. Сьогодні потужність вітрових електростанцій складає 730 ГВт і демонструє оптимістичні тенденції у майбутньому. Швидке зростання вітроенергетики відзначають в Азії, Північній Америці, продовжують розвивати потенціал такі країни ЄС як Данія, Іспанія, Ірландія та Німеччина.

За даними Державного агентства з енергоефективності та енергозбереження України, за І півріччя 2021 року загальна потужність об’єктів ВДЕ збільшилась на на 278,4 МВт. Втім, настрої інвесторів не можна назвати надто оптимістичними: фахівці енергетичної галузі констатують погіршення умов для залучення інвестицій у ВДЕ. Цьому є декілька причин: прийняття закону щодо затвердження ретроспективних ініціатив зі зниження «зеленого тарифу» та припинення дії пільгового тарифу для працюючих станцій з 1 січня 2030 року, невиконання умов меморандуму щодо повернення боргів перед “зеленою” генерацією та запобігання накопичення нових. Але сектор ВДЕ має і надалі розвиватися.

Вітроенергетика України. Погляд в історію та прогнози на майбутнє

Використовувати енергію вітру для отримання електроенергії люди почали лише у ХІХ столітті після появи електричного генератора. Над вітровими турбінами працювали науковці з Великої Британії та США, однак перші вітрові станції сучасного типу першими з’явилися у Данії у 1891 році.

На території України перші вітрові електростанції розробляв один з засновників космонавтики Юрій Кондратюк ще у 1930-х роках. Він працював над проєктом Кримської вітрової електростанції потужністю 12 МВт, з баштою заввишки 160 м і трилопатевим пропелером діаметром 80 м. 1937 року на горі Ай-Петрі в Криму почалося будівництво фундаменту станції. Однак у 1938 році будівництво зупинили і більше до проєкту не повертались.

Другий етап розвитку вітрової енергетики в Україні розпочався у 1996 році. Саме в цьому році запроєктували Новоазовської ВЕС потужністю 50 МВт у селі Безіменне Донецької області. Запрацювала станція аж через 15 років – у 2011 році.

У 1997 році запрацювала перша ВЕС на території України – Трускавецька, а вже за три роки в Україні працювало 134 турбіни.

Більшість вітрових електростанцій в Україні знаходиться на узбережжях Чорного та Азовського морів, на території Кримських та Карпатських гір, у Одеській, Херсонській та Миколаївській областях. За даними Інституту відновлюваної енергетики НАН України, ці регіони є найбільше підходять для використання енергії вітру.

Новий етап у розвитку вітроелектростанцій розпочався 2009 року, після запровадження Урядом України «Зеленого тарифу». (економічний механізм винагороди за генерацію електроенергії із відновлюваних джерел енергії (ВДЕ).

На кінець 2012 року потужність вітроелектростанцій в Україні становила майже 263 МВт, а через сім років Україна увійшла до «Гігаватного клубу». Він об’єднує країни, встановлена вітроенергетична потужність яких перевищує 1 000 МВт.

За даними Національної енергетичної компанії, «Укренерго», загальна встановлена потужність вітроенергетичного сектору в Україні складада 1529 МВт. В УВЕА (Українській вітроенергетичній асоціації) очікують, що до кінця року вона зросте до 1750 МВт.

Найбільші вітрові електростанції в Україні

«Зелену» електроенергію в Україні генерують 34 вітрові електростанції (включно з тими, що знаходяться на території ОРДЛО). Найбільшими з них є Ботієвська, Приморська, Мирненська, Орлівська, Овер’янівська та Новоазовська ВЕС. Усі ВЕС першої сімки, крім Боївської та Приазовської, ввели в експлуатацію у 2019 році.

Ботієвська ВЕС знаходиться біля села Приморський Посад Мелітопольського району Запорізької області. Станція побудована у 2012 році енергетичним холдингом ДТЕК і є найбільшою серед ВЕС в Україні. Станція складається 64 турбін Vestas V–112 3 МВт кожна, загальна потужність – 200 МВт.

Станція дозволяє знизити шкідливі викиди в атмосферу на 730 тис. т вуглекислого газу. Це прирівнюється до викидів 365 тисяч автомобілів.

Приморська ВЕС знаходиться у селі Борисівка Запорізької області. Станція запрацювала у листопаді 2019 року. Будувала станцію компанія Wind Power – дочірня компанія ДТЕК ВДЕ. На ВЕС встановлено 52 вітротурбіни потужністю 3,8 МВт кожна. Висота вежі складає 110 м, а діаметр ротора 137 м. Потужність станції складає 200 МВт.

Мирненська ВЕС знаходиться на землях Мирненської об’єднаної територіальної громади на Херсонщині. Тут на площі 55 га встановлено 35 турбін загальною потужністю 163 МВт. Генерувати станція може близько 574 млн кВт·год енергії щорічно і скорочує викиди на 455 тис. тонн СО2 щорічно.

Орлівська ВЕС в Приморському районі Запорізької області. Всього Орлівська ВЕС має 26 вітротурбін V126 компанії Vestas потужністю 3,8 МВт. Висота вежі складає 112 м, а діаметр ротора – 126 м.

Новотроїцька ВЕС знаходиться в Новотроїцькому районі Херсонської області. ВЕС складається з 12 вітротурбін V126 потужністю 3,65 МВт кожна та 8 ВЕУ моделі V136 потужністю 3,6 МВт компанії Vestas. Загальна висота кожної вежі 117 м, при цьому розмах лопатей 126 м та 136 м.

Овер’янівська ВЕС знаходиться на Херсонщині в межах Генічеського району. Станцію ввели в експлуатацію у 2019 році. Потужність ВЕС складає 68,4 МВт. Це дає змогу скоротити 210 тис. тонн викидів СО2 в рік.

Новоазовську ВЕС запроєктували ще у 1996 році, запрацювала вона через 15 років. Вона складається 23 вітротурбін потужністю 2,5 МВт кожна, виробником яких є німецька компанія Fuhrlaender AG. Під час проєктування і будівництва ВЕС врахували усі вимоги ботаніків, орнітологів, зоологів для зменшення шкідливого впливу на навколишнє середовище.

За даними УВЕА, уже наступного року цей перелік найбільших ВЕС може змінитися. Зокрема, ДТЕК ВДЕ розпочала будівництво Тилігульської ВЕС у Миколаївській області загальною потужністю 500 МВт. Введення в експлуатацію заплановано на кінець 2022 року. У Чаплинському районі Херсонської області уже найближчим часом запрацює ВЕС потужністю 241,8 МВт.

Міні вітрові станції на подвір’ї: утопія чи реальність

Більшість вітрових електростанцій, що будуються в Україні, є переважно великими і забезпечують електроенергією цілі населені пункти. Потужності Овер’янівської ВЕС вистачить, щоб забезпечити електроенергією 44 тисячі домогосподарств, середня потужність нових вітрових турбін, введених в експлуатацію у першій половині 2021 року, складає 3,8 МВт.

Але поруч з великими ВЕС також використовують вітрові установки малої генерації потужністю до 10-20 кВт.

Їх використовують для забезпечення електроенергією невеликих господарств.

Така вітрова установка Flamingo потужністю 1,6 кВт працює в селищі Більмак Запорізької області. Її встановив місцевий житель Сергій Горпинич. Вітряк закриває до 30% енергії для міні-маркету, який належить Горпиничу. Решту електроенергії для магазину і приватного домогосподарства підприємця генерують сонячні батареї.

Втім, встановлення таких міні вітрових станцій є поодинокими і не набули широкого поширення. Причин цьому декілька.

По-перше, термін окупності такої станції складає приблизно 10 років. Це вдвічі довше за сонячні домашні електростанції. Різниця пояснюється вищою ціною на обладнання, адже вітрова установка – це складніше інженерне рішення, ніж сонячна станція.

По-друге, доцільність встановлення вітрових установок. Експерт з кліматичної та енергетичної політики Центру екологічних ініціатив «Екодія» Олег Савицький відмічає, що міні вітрові станції доцільно встановлювати у віддалених місцевостях, де не проведено ліній електропередач. Наприклад, у віддалених поселеннях в Карпатах.

Що далі?

У звіті Міжнародного енергетичного агентства (МЕА) наголошують на важливості переходу до кліматично нейтрального світу через скорочення викидів у атмосферу вуглекислого газу до 2050 року. І, також як і IRENA, одним із рішень, які сприяють зменшенню викидів, називають розвиток відновлюваних джерел енергії.

Для досягнення цілей декарборбанізації МЕА рекомендує удвічі пришвидшити темпи будівництва та введення в експлуатацію сонячних та вітрових електростанцій. Очікується, що таким чином вийде скоротити понад половину викидів вуглецю в атмосферу. Для цього до 2030 року необхідно інвестувати в розвиток ВДЕ та енергоефективність $4 трлн.

«Сонячні та вітрові електростанції сьогодні є найдешевшим доступним джерелом нової генерації електроенергії. Технологія чистої енергії стає новою головною сферою інвестицій та зайнятості – і динамічною ареною міжнародного співробітництва та конкуренції», – відмічають автори звіту.

Енергетичною стратегією України до 2035 року, прийнятою у серпні 2017 року, передбачається підвищення енергоефективності та використання енергії із відновлювальних та альтернативних джерел. Впровадження заходів із запобігання та адаптації до зміни клімату визначається як один із пріоритетів розвитку енергетики.

Згідно з документом, до 2025 року частка ВДЕ в енергетичній системі України повинна складати 12%, а до 2035 року – не менше 25%.

Водночас важливо, щоб цей процес відбувався з урахуванням спроможності нашої економіки стимулювати розвиток відновлюваної енергетики та нашої енергосистеми прийняти такі об’єкти. При цьому українським споживачам має бути гарантоване якісне, надійне та безперебійне постачання електричної енергії незалежно від жодних погодних умов.

Звіт НЕК «Укренерго» з оцінки відповідності (достатності) генеруючих потужностей у 2020 році враховує поточні тенденції у сфері енергозбереження та передбачає подальше зростання частки всіх видів ВДЕ у структурі виробництва електроенергії впродовж 10-11 років. Так у 2020 році вона збільшилася вдвічі у порівнянні з попереднім роком (з 3,5% у 2019 до 7,39% у 2020 р.). У наступні три роки (2021-2023) тенденція до зростання має зберігатися, хоча прогнозується, що його темпи будуть значно меншими (зниження темпів від 16% у 2022 році до 2,4 у 2031 р.).

У перспективі ВДЕ мають частково замінити електроенергію з вугільних ТЕС, які за прогнозом до 2031 року зменшать свої обсяги виробництва електроенергії на майже 12%. Реалізація такого сценарію розвитку ВДЕ в Україні вимагає підвищення гнучкості енергосистеми. Для цього вже найближчим часом необхідно побудувати:

Мінімум 1 ГВт високоманеврових потужностей зі швидким стартом (повна активація з зупиненого стану – не більше 15 хвилин, можливість здійснювати пуск та зупинку не менше чотирьох разів за добу з діапазоном регулювання не менше 80% від встановленої потужності). Водночас для максимізації виробництва електроенергії з ВДЕ і відповідно максимального зменшення його обмежень доцільно будувати не менш 2 ГВт високоманеврових потужностей.

0,5 ГВт систем акумулювання електроенергії (energy storage) за умови залучення ВДЕ до балансування енергосистеми та надання резервів. Без залучення ВДЕ до балансування або вимушеного обмеження потужностей АЕС, потреба в energy storage може зрости до 2 ГВт.

Також для реалізації цільового сценарію розвитку генеруючих потужностей необхідно до 2031 року забезпечити постійно доступну робочу потужність ТЕС, які сьогодні є основними видами генерації для балансування енергосистеми, на рівні не менше 12 ГВт. Це можна зробити шляхом реконструкції вугільних ТЕС та впровадження на них заходів зі зниження шкідливих викидів. Одним зі способів розв’язання цієї проблеми може стати термінова реконструкція енергоблоків ТЕС або нове будівництво 1,2–1,5 ГВт напівпікової потужності.

Також Звіт рекомендує надавати державну підтримку ВДЕ через проведення аукціонів з розподілу квот підтримки виключно після розв’язання питання зняття обмежень ВДЕ для забезпечення операційної безпеки енергосистеми. А при встановленні квот підтримки зобов’язувати інвесторів нових ВДЕ встановлювати energy storage або інші види компенсуючих потужностей обсягом 20% від встановленої потужності ВДЕ.

Якщо ці заходи не будуть невідкладно реалізовані, то до поточних проблем з невідповідністю генеруючих потужностей, за результатами оцінювання по базовому сценарію вже з 2025 року виникне проблема недостатності генеруючих потужностей. Реалізація цих рекомендацій Звіту залежить від спільних зусиль n

В УВЕА очікують, що через 7 років в Україні може з’явитись ринок офшорної вітроенергетики (вітроелектростанції морського базування). Офшорна вітроенергетика є не лише ефективним інструментом декарбонізації та нарощення енергетичної незалежності, але й продуктивним ресурсом для виробництва «зеленого» водню та нарощення міжнародної співпраці. В УВЕА вважають, що перший офшорний вітроенергетичний проєкт в Україні потужністю 100 МВт можна очікувати вже у 2028 році.

Динамічний розвиток вітрової енергетики неможливий без стабільності енергетичної системи, оскільки ефективність генерації електроенергії з ВДЕ залежить від погодних умов. Тому подальший розвиток повинен відбуватися разом з будівництвом систем зберігання та накопичення енергії (energy storage), маневрових потужностей та гібридних ВДЕ електростанцій.

Даний медіа проєкт став можливим завдяки підтримці американського народу через Агентство США з міжнародного розвитку, наданій через USAID Проєкт енергетичної безпеки (ПЕБ). Грантоотримувач Проєкту - Журнал Хмарочос несе повну відповідальність за зміст публікацій, який не обов`язково відображає позицію USAID або Уряду Сполучених Штатів Америки.