«Зелена» енергія в Україні: чи може сонячна панель замінити бензиновий генератор

28 грудня 2022 року Володимир Зеленський виступив із щорічним посланням до Верховної Ради України. Він сказав, що одна з цілей України зараз стати лідером в побудові сучасної «зеленої» енергетики: «Це дозволить нам створити децентралізовану енергосистему, яку не зруйнувати нічим, ніякими ракетними ударами».

Поки наша енергосистема потерпає від обстрілів, українці шукають способи бути автономними. Генератори, павербанки, зарядні станції – тимчасове розв’язання проблеми. Глобально енергетичну незалежність можуть забезпечити відновлювальні джерела енергії – сонце, вітер, вода.

Сергій Кравчук, керівник компанії Kness Energy, що входить до складу Групи Kness, займається розвитком «зеленої» електроенергетики в Україні. Редакція MC.today розпитала його, про те, як працюють альтернативні джерела енергії та чи може зараз сонячна енергія замінити бензиновий генератор.

Чому зникає світло

Від яких основних складових залежить стабільна робота енергосистеми?

Від балансу потужностей відбору та відпуску електричної енергії з мережі, проте не завжди. У структурі електропостачання є ще мережева електроенергетична інфраструктура – трансформаторні підстанції, які допомагають транспортувати електроенергію від виробника до споживача. Якщо така підстанція пошкоджена, вона не може передавати енергію. Як наслідок, світло зникає не через брак електроенергії, а через те, що немає фізичної можливості її передати від виробника до споживача.

Таке вже відбулося восени, коли під час обстрілу влучили одразу у декілька трансформаторних підстанцій оператора системи передачі, які брали участь у передачі електроенергії з атомної електростанції. Як наслідок, на Запорізькій АЕС спрацювала автоматика та блоки атомної електростанції було відключено від мережі. Зусиллями працівників оператора системи передачі на деякий час було відновлено можливість видачі електроенергії та заживлення власних потреб АЕС.

Тобто енергосистема виробляла більше, ніж ми можемо спожити, і баланс порушився?

Проблема в тому, що цей баланс змінюється досить різко. Обсяг спожитої електроенергії залежить від часу доби: вночі ми споживаємо менше, вдень – значно більше. Для балансування енергосистеми використовують так звані маневрові потужностів Україні це вугільна генерація (ТЕС), гідроелектростанції та гідроакумулюючі електростанції – процес виробництва енергії вони можуть швидко припинити або запустити. Атомні станції, наприклад, не маневрові – вони рівномірно працюють протягом доби.

Тож вдень, коли людям потрібно більше електроенергії, вмикають блоки теплових електростанцій, гідроелектростанцій, відновлювальні джерела енергії. Але якщо генерації все одно недостатньо, споживання обмежується і в оселях зникає світло.

Після обстрілів енергосистеми Україні стали передавати обладнання для її ремонту. Що це за техніка?

Перш за все це силові трансформатори різної потужності. Наявність такого «фонду запчастин» пришвидшує ремонтні роботи, а в перспективі допоможе зменшити тривалість відключень. Але варто розуміти, що об’єднана енергосистема України велика і потребує багато техніки, а процес її отримання може бути довгим.

Раніше редакція MC.today уже писала, що зараз є проблема з великими трансформаторами на 750 кВ. Їх можливо купити, але на це потрібні чималі кошти: без податків це приблизно $5 млн, ще близько $1 млн – транспортування. Спочатку на кораблі, потім дорогами. Такий трансформатор можуть виробляти від трьох місяців до пів року плюс час на доставлення. Трансформатори на 330 кВ прибудуть в Україну десь у лютому. Один буде коштувати орієнтовно $3 млн.

Про енергонезалежність України

Що означає «залежність» у контексті виробництва електроенергії? Як її подолати?

Я скажу, що таке наша незалежність в енергетиці. Це умови, при яких усі енергоресурси на 100% локалізовані в Україні.

Наша енергосистема на 60% забезпечується атомними електростанціями, близько 25% припадає на ТЕС, які працюють на газу або вугіллі. Воно імпортується із країн Євросоюзу, з Південно-Африканської Республіки та із власних басейнів на заході Україні. Решта 15% – це ВДЕВідновлювальні джерела енергії та гідроелектростанції.

В Україні галузь ВДЕ активно розвивається останні п’ять років. У перспективі нарощування обсягів ВДЕ дозволить зменшити залежність України від викопного палива, наприклад блакитного газу. А також пришвидшить «зелений перехід», що зменшить викиди СО₂.

Які види альтернативних джерел енергії зараз є в Україні?

На першому місці сонячні електростанції – їх встановлена потужністьмаксимально можливий обсяг виробництва за певний проміжок часу близько 7 ГВт енергії. Ще 900 МВт припадає на домашні станції потужністю до 30 кВт. Так було станом на 2021 рік.

На другому місці вітрові електростанції, їх встановлена потужність близько 1,4 ГВт. Далі йдуть біогазові установки, їхня частка наближається до 100 МВт, та малі гідроелектростанції – це 300 МВт.

Сонце замість бензину

Скільки часу знадобиться на встановлення сонячної електростанції?

Будівництво станції для промислового споживача, який хоче знизити витрати на електроенергію, займе від трьох до шести місяців, а її приєднання до загальної електромережі, куди ви можете «відпускати» надлишок виробленої енергії, від місяця до пів року.

Цей процес можна розділити на два етапи: перший – розробка проєктного рішення і підготовка земельної ділянки або даху будівлі до монтажу. Другий етап – закупівля обладнання, його установка та пусконалагоджувальні роботи. Окупність такої сонячної станції – близько п’яти років, а її цінаготове рішення на 10 кВт для побутового коритувача може коштувати близько $15 тис. залежатиме від потужності.

А якщо я хочу просто забезпечити свої побутові потреби в електроенергії, припустімо, на час блекауту: чи можна встановити сонячні панелі у квартирі або приватному будинку?

Так, на зовнішньому боці балкона або на даху із сонячного боку будинку. Також треба мати акумулятор, щоб накопичувати енергію – її ви зможете використати, наприклад, в іншу частину доби. Так у вас буде власна невелика автономна сонячна система.

Яка потужність сонячної батареї потрібна, щоб забезпечити стандартне робоче місце?

Щоб заживити ноутбук, роутер і зарядку телефона, знадобляться три сонячні панелі по 500 Вт – у сонячну погоду вони разом вироблятимуть 1,5 кВт та акумуляторна батарея місткістю 100 Ампер-годин, щоб накопичувати надлишок енергії, який можна буде використати в іншу частину доби. Середня ринкова ціна однієї панелі – 8–10 тис. грн.

Але є нюанс: хоча ці фотоелектричні модулі будуть виробляти енергію навіть взимку, при хмарній погоді її обсяг буде на 80% меншим, аніж у сонячний день. А поглинати випромінювання вони зможуть з восьмої ранку до 16-ї години вечора. Тобто ваші три панелі взимку вироблять близько 300–400 Вт – стільки споживає звичайний стаціонарний комп’ютер чи ноутбук. Влітку ситуація краща, адже світловий день довший.

З яких елементів складається сонячна станція і який в неї термін придатності?

З трьох основних елементів. Перший – фотоелектричні модулі. Це темні гладкі панелі, які поглинають енергію сонячних променів. Вони  ефективно працюватимуть 25–30 років. Після цього часу їх можна і далі використовувати, але вони вироблятимуть менше електроенергії.

Другий – це металоконструкції, на яких закріплюються фотоелектричні модулі. Для наземних станцій використовують стійки, на пласкому даху – баластні системи, а на похилому – клейові або металеві кріплення. Виробники дають гарантію в 10–15 років експлуатації, але вони можуть прослужити й довше.

Оскільки фотоелектричний модуль виробляє постійний струм, а всі струмоприймачі працюють на змінному, необхідний інвертор, який перетворює постійний струм на змінний. Це третій елемент. Гарантійний термін роботи інвертора – близько 10 років.

Війна оголила проблеми нашої енергосистеми

Як війна й енергетична криза вплинули на наш енергетичний перехід?

Війна підсвітила проблеми, які раніше були не такими вираженими.

Ми розуміємо, що будувати електроенергетичну систему потрібно на принципах розподіленої або децентралізованої генерації – коли споживачі водночас є і виробниками електроенергії.

Потрібно також створювати нові об’єкти ВДЕ і встановлювати засоби балансування – накопичувачі енергії. А головне – зменшувати залежність від викопного палива.

Які країни зараз найактивніше переходять на альтернативні джерела енергії?

Країни ЄС рухаються в цьому напрямку. До прикладу, Німеччина на декілька днів зупинила потужні ТЕС і споживала чисту електроенергію з міксу сонячних і вітрових електростанцій. Зараз вона є лідером із впровадження ВДЕ.

Ще один плюс у тому, що ВДЕ можна встановити поблизу споживача – вони є безпечними. Тож не потрібно транспортувати електроенергію на великі відстані, адже при подоланні цього шляху втрачається близько 15% енергії.

Міністр енергетики зробив заяву, що до 2030 року в Україні має бути мінімум 25% «зеленої» енергетики, а інвестори вже готові добудувати 300 мегаватів «зеленої» генерації. Це реально?

300 мегават – це частина тих потужностей, які реалізують, коли буде готове законодавче поле. Мова про підтримку проєктів, які стартували за декілька років до початку війни, але їх не встигли добудувати. Декілька потужних виробників вітрової енергетики зараз на фінальній стадії будівництва – їм потрібна можливість приєднатися до загальної мережі.

Щоб збільшити частку ВДЕ до 50%, енергетична система має бути готовою прийняти такий обсяг.

Президент України підписав закон про розвиток установок зберігання енергії. Вони зроблять енергосистему більш маневровою, оскільки слугують для накопичення й віддачі електрики в мережу.

Які прогнози на найближчі 5–7 років у відновлювальній енергетиці?

Гадаю, із часом вдасться підвищити коефіцієнт корисної дії фотоелектричних модулів до 50%зараз середній показник ККД сонячних батарей становить близько 18%. Зі сміливих прогнозів: упродовж 5–10 років пошириться виробництво «зеленого» водню«зеленим» називають водень, якщо молекулу H₂ отримують зі звичайної води методом електролізу, а електроенергію беруть із суто відновлюваних джерел: вітру, сонця, біомаси. Для його виробництва застосовуватимуть електроенергію, яку генерують ВДЕ. А використовуватимуть його як паливо, щоб замінити природний газ.