Сонце, вітер, біомаса: які альтернативні джерела енергії допоможуть Україні

Перебуваючи під постійними обстрілами ЗС РФ, Україна бореться за відновлення свого енергетичного сектору і прагне якнайшвидше впровадити альтернативні джерела енергії, як-от вітряки, сонячні панелі, біомаса, гідроелектрична, геотермальна енергія. Про те, як працюють ці джерела, у чому їхні плюси і мінуси, розповість Фокус.

Протягом останніх 150 років люди значною мірою покладалися на вугілля, нафту та інші викопні види палива для живлення всього — від лампочок до заводів. Викопне паливо застосовується повсюдно і в результаті парникові гази, що виділяються при спалюванні цього палива, досягли історично високих рівнів. Оскільки парникові гази утримують тепло в атмосфері, середні температури на поверхні Землі зростають, і глобальне потепління — лише один із симптомів зміни клімату, поряд з екстремальними погодними явищами, зміною популяцій і місця існування диких тварин, підвищенням рівня моря тощо.

У будь-якій дискусії про зміну клімату відновлювана енергія зазвичай очолює список змін щодо запобігання негативним наслідкам підвищення температури. Альтернативні джерела, такі як сонячні панелі та вітряні турбіни, не виділяють вуглекислий та інші парникові гази, що сприяють глобальному потеплінню. А для людей чиста енергетика приваблива ще й тим, що за її допомогою створюються робочі місця, вона робить електромережі більш стійкими, розширює доступ до енергії в країнах, що розвиваються, і допомагає знизити рахунки за електроспоживання. Що стосується України, то альтернативні джерела енергії буквально рятують жителів країни, які часто залишаються без світла через обстріли ЗС РФ енергетичної інфраструктури країни.

Про те, якими бувають поновлювані джерела енергії і як вони працюють, піде мова нижче.

Типи поновлюваних джерел енергії

Гідроенергетика

Протягом століть люди використовували енергію річкових течій і греблі для управління потоком води. Гідроенергетика є найбільшим у світі джерелом відновлюваної енергії. Китай, Бразилія, Канада, США є провідними її виробниками. Хоча гідроенергетика вважається чистим джерелом, що поповнюється дощем і снігом, у неї є кілька недоліків.

Великі греблі можуть порушити річкові екосистеми, завдаючи шкоди дикій природі та витісняючи жителів. Гідроенергетика вразлива до накопичення мулу, що може поставити під загрозу продуктивність і пошкодити обладнання. Посуха також може спричинити проблеми. Згідно з дослідженням 2018 року, на заході США викиди вуглекислого газу за 15-річний період були на 100 мегатонн вищими, ніж вони були б за нормального рівня опадів, оскільки комунальні служби перейшли на вугілля і газ, щоб замінити гідроенергетику, втрачену через посуху. А ще в неї проблеми з викидами, оскільки органічний матеріал, що розкладається, у водосховищах виділяє метан.

Греблі — не єдиний спосіб використання води для отримання енергії: проєкти з приливної та хвильової енергії по всьому світу спрямовані на те, щоб використовувати енергію океанів і морів. Так звана морська енергетика генерує близько 500 мегават електроенергії — менше ніж один відсоток усіх поновлюваних джерел енергії, але вона має величезний потенціал, а такі програми, як шотландська премія Saltire Prize, заохочують інновації в цій галузі.

Вітряна енергетика

Використання вітру як джерела енергії почалося понад 7000 років тому. Нині вітряні турбіни, що виробляють електроенергію, поширюються по всьому світу, а Китай, США та Німеччина є провідними світовими виробниками цього типу енергії. Наприклад, з 2001 по 2017 роки сукупна потужність вітру в усьому світі збільшилася з 23 900 мегават до більш ніж 539 000 мегават — більш ніж у 22 рази.

Хоча більша частина енергії вітру надходить від наземних турбін, також з'являються морські проєкти, — найчастіше у Великій Британії та Німеччині.

Мінус цього виду чистої енергії в тому, що турбіни становлять небезпеку для птахів і кажанів, вбиваючи сотні тисяч щорічно. Вони галасливі, і поблизу вітряків неможливо жити — люди часто скаржаться на головний біль, поганий сон. Але інженери намагаються розв'язати ці проблеми та пропонують безшумні пристрої, як-от спіральна турбіна LIAM F1 UWT, або турбіна з вертикальними лопатями у вигляді бутона Flower Turbine, або ж вібруючі безлопатеві турбіни Vortex Bladeless, що вібрують.

Сонячна енергія

Від дахів приватних будинків до великих ферм сонячна енергія змінює енергетичні ринки по всьому світу. У 2020 році загальна встановлена потужність усіх працюючих сонячних панелей на Землі склала 760 ГВт, згідно зі звітом Renewables 2021.

Сонячні електростанції (СЕС) використовують спеціальні батареї і дзеркала для концентрації сонячного тепла і світла, генеруючи енергію. Китай, Японія і США лідирують у цій сфері, але сонячна енергія ще має пройти довгий шлях розвитку, хоча її активно використовують у всьому світі. Що стосується України, то за даними Міністерства енергетики, загальна потужність СЕС у 2024 році склала 7,3 ГВт. Це 90% від сукупної потужності всіх поновлюваних джерел енергії в країні. До 2030 року уряд має намір збільшити цей показник до 13,5 тис. ГВт*год у рамках Національного плану з відновлюваної енергетики до 2030 року.

Важливо ТОП 7 технологій, які зроблять сонячні панелі популярнішими: перовскіт, органіка, кераміка

Біомаса

Енергія біомаси включає біопаливо, таке як етанол і біодизель, деревину, деревні відходи, біогаз зі звалищ і тверді побутові відходи. Як і сонячна енергія, біомаса є "гнучким" джерелом енергії, здатним заправляти транспортні засоби, опалювати будівлі та виробляти електрику. Але критики етанолу на основі кукурудзи кажуть, що він конкурує з продовольчим ринком кукурудзи та підтримує ті самі шкідливі сільськогосподарські методи, що призвели до появи токсичних водоростей і загалом завдають шкоди навколишньому середовищу. Екоактивісти також сперечаються про те, чи варто відправляти деревні гранули з лісів США в Європу, щоб їх можна було спалювати для отримання електроенергії.

Тим часом вчені працюють над способами ефективнішого перетворення кукурудзяної соломи, мулу стічних вод та інших джерел біомаси на енергію, прагнучи витягти цінність із матеріалу, який в іншому разі пішов би у відходи.

Геотермальна енергія

Використовувана протягом тисяч років у деяких країнах для приготування їжі та опалення, геотермальна енергія генерується завдяки внутрішньому теплу Землі. У великих масштабах підземні резервуари пари і гарячої води можуть бути витягнуті через свердловини, які можуть досягати глибини двох кілометрів або більше, для вироблення електроенергії. Так, деякі будівлі оснащені геотермальними тепловими насосами, що використовують різницю температур в декількох метрах під землею для опалення та охолодження. На відміну від сонячної та вітрової, геотермальна енергія завжди доступна, але у неї є побічні ефекти, які необхідно контролювати, такі як запах тухлих яєць, що супроводжує викид сірководню.

Стимулювання відновлюваної енергії в Україні

Нещодавно Кабінет міністрів України ухвалив Національний план з відновлюваної енергетики до 2030 року. Згідно з цим планом, пише "РБК-Україна", до встановленого терміну частка "зеленої" енергетики в країні має перебувати на позначці 27%. Про це повідомив прем'єр-міністр України Денис Шмигаль. За словами представників Міністерства енергетики України, частка відновлюваних джерел енергії в системах тепло- і холодопостачання становитиме 33%, у генеруванні електрики — 29%, у живленні електротранспорту — 17%. Вироблення чистої енергії, таким чином, перебуватиме на рівні 44 тис. ГВт*год.

Сукупна потужність сонячних ферм в Україні — 7,3 ГВт. Це 90% від загальної потужності всіх об'єктів відновлюваної енергії. Нацплан спрямований на зростання цього показника до 13,5 тис. ГВт*год. Станом на 2024 рік вітряки в нашій країні генерують 512 МВт енергії (дані наведені без урахування об'єктів, що знаходяться на тимчасово окупованих територіях, — ред.). Нацплан передбачає збільшення вироблення до 17,5 тис. ГВт*год.

Геотермальні джерела наростять потужності до 210 ГВт*год до 2030 року, а поступове поширення електротранспорту, використання водню і біометану посприяють переходу України на "зелену" енергетику. Так, потенціал виробництва біогазу та біометану перебуває на рівні 21,8 млрд кубометрів на рік. Вчені з Національної академії наук України розрахували, що можливий обсяг виробництва водню з використанням вітроенергетики та сонячної енергії становитиме близько 45 000 тонн на рік.

Раніше ми писали про те, які сонячні панелі краще вибрати: плюси і мінуси моно- і полікристалічних елементів. Монокристалічні панелі більш ефективні та потребують менше місця, тоді як полікристалічні дешевші та добре підходять для великих площ.