Позитивні та негативні аспекти використання вітроенергетики

Людство з давнини використовувало енергією вітру. Десь з п’ятого тисячоліття до нашої ери на човнах використовувались вітрила. Вітряні млини для переробки зерна винайдені ще у середньовіччі. Вважається, що перші вітряки були збудовані в Сістані, десь між сучасним Іраном та Афганістаном, між дев’ятим та сьомим сторіччями до нашої ери. Вони мали вертикальну вісь, від шести до дванадцяти крил з полотна або очерету та використовувались як млини та помпи для води. Млини такого типу були поширені в ісламському світі і в XIII столітті принесені в Європу хрестоносцями .

У XVI столітті в містах Європи починають будувати водонасосні станції з використанням гідродвигуна і вітряка. У Нідерландах численні вітряки відкачували воду з земель, огороджених дамбами. Відвойовані у моря землі використовувалися в сільському господарстві. У посушливих областях Європи вітряки застосовувалися для зрошення полів. У Данії в 1890 році була побудована перша вітроелектростанція, а до 1908 року налічувалося вже 72 станції потужністю від 5 до 25 кВт.

Попередниця сучасних вітроелектростанцій з горизонтальною віссю мала потужність 100 кВт і була побудована в 1931 році в Ялті. Вона мала вежу висотою 30 метрів. До 1941 року одинична потужність вітроелектростанцій досягала 1,25 МВт.

Починаючи  з 1940-х по 1970-і роки вітроенергетика переживає період занепаду в зв’язку з інтенсивним розвитком передавальних і розподільних мереж, що давали незалежне від погоди енергопостачання за помірні гроші.

Відродження інтересу до вітроенергетики почалося в 1970-х після нафтової кризи 1973 року. Криза продемонструвала залежність багатьох країн від імпорту нафти і призвела до пошуку варіантів зниження цієї залежності. В середині 1970-х в Данії почалися випробування попередників сучасних вітрогенераторів. Пізніше чорнобильська катастрофа також стимулювала інтерес до поновлюваних джерел енергії. Каліфорнія здійснила одну з перших програм стимулювання вітроенергетики, почавши надання податкових пільг для виробників електроенергії з вітру .

Теперішній час галузь  вітроенергетики  бурхливо розвивається. До початку 2019 року загальна встановлена ​​потужність усіх вітрогенераторів перевищила 600 гігават перевершила сумарну встановлену потужність атомної енергетики (проте на практиці фактично використана  за рік потужність вітрогенераторів у кілька разів нижче встановленої , в той час як АЕС майже завжди працює в режимі встановленої потужності). Середнє збільшення суми потужностей всіх вітрогенераторів в світі, починаючи з 2009 року, становить 38-40 гігават за рік і обумовлено бурхливим розвитком вітроенергетики , насамперед, в США, Індії, КНР  та країнах ЄС. У 2010 році в Європі було сконцентровано 44% встановлених вітряних електростанцій, в Азії – 31%, в Північній Америці – 22%.

В Україні процес будівництва вітроенергетики розпочався у 1996 році, коли була запроектована Новоазовська ВЕС проектною потужністю 50 МВт. Значне зростання будівництва вітроелектростанцій спостерігається з 2009 року, після запровадження Урядом України «Зеленого тарифу».

Інститутом відновлюваної енергетики НАН України складена карта вітроенергетичного потенціалу нашої країни. Найбільш привабливими регіонами для використання енергії вітру є узбережжя Чорного і Азовського морів, а також гірські райони країни.  Загальний економічний потенціал вітрової енергетики на основі супутникових даних та кліматичних моделей оцінюється Міжнародним агентством з відновлюваної енергетики (IRENA) у 119 ГВт – він є достатнім щоб з надлишком забезпечити електроенергією всю країну, адже зараз потужність електростанцій всіх видів в державі складає 54 ГВт.

До основних переваг вітроенергетики відносяться екологічна чистота,  ергономічність, відновлюваність та можливість використання для важкодоступних місць.

Так, виробництво електроенергії за допомогою “вітряків” не супроводжується викидами забруднюючих речовин в атмосферне повітря.  При цьому робота одного вітрогенератора потужністю 1 МВт скорочує щорічні викиди в атмосферу 1800 тон СО2, 9 тон SO2, 4 тон оксидів азоту .За оцінками Global Wind Energy Council до 2050 року світова вітроенергетика дозволить скоротити щорічні викиди СО2 на 1,5 мільярда тон .

     Вітрові електростанції займають мало місця і легко вписуються в будь-який ландшафт, а також відмінно поєднуються з іншими видами господарського використання території.

Енергія вітру, на відміну від викопного палива, невичерпна. Робота вітрогенератора потужністю 1 МВт за 20 років дозволяє заощадити приблизно 29 тис.т вугілля або 92 тис. барелів нафти.

Для віддалених місць встановлення вітрових електрогенераторів може бути найкращим і найдешевшим рішенням.

Разом з цим у використанні вітряних електростанцій є  низка негативних  чинників , до яких відносяться нестабільність роботи, відносно невисокий вихід електроенергії, висока вартість, певна небезпека для дикої природи, шумове забруднення тощо.

Нестабільність полягає в відсутності гарантій отримання необхідної кількості електроенергії  на  територіях, де   сила вітру може виявитися недостатньою для вироблення необхідної кількості електроенергії. Так вітрогенератори починають виробляти струм при швидкості вітру 3 м/с  і вимикаються -понад 25м/с .Тому при використанні  вітроенергетики необхідно утворювати  резерв потужності в енергосистемі (наприклад, у вигляді газотурбінних електростанцій), а також механізми згладжування неоднорідності їх вироблення (у вигляді ГЕС або ГАЕС). Дана особливість вітроенергетики істотно здорожує собівартість електроенергії .

     Також вітрові генератори значно поступаються у виробленні електроенергії дизельним генераторам, що призводить до необхідності встановлення відразу декількох турбін. Крім того, вітрові турбіни неефективні в період пікових навантажень.

      Вартість вітроустановки потужністю 1 МВт становить 1 мільйон доларів для вітрових станцій на суші. Вартість  офшорних вітрових електростанцій , які будуються в морі на відстані 10-12 км від узбережжя  на палях або плаваючому фундаменті становить  в 1,5-2 рази дорожче .

       Обертові елементи турбіни становлять потенційну небезпеку для деяких видів живих організмів. За матеріалами досліджень причиною загибелі птахів є травмування лопатями турбіни, а  загибель кажанів настає від баротравми легень внаслідок формування області зниженого тиску на кінцях лопатей турбін. Згідно зі статистикою, лопаті кожної встановленої турбіни є причиною загибелі не менш як чотирьох особин птахів на рік.

На  даний час визначенні рівня шуму від вітроустановок користуються тільки розрахунковий методами , так як ефективне відділення шуму вітроустановки від шуму вітру в даний момент неможливо. За даними розрахунків аеродинамічний шум від сучасних ветрогенераторів на відстані  в 350 м становить 35-45дбА, що відповідає вимогам Державних санітарних норм допустимих рівнів шуму в приміщеннях житлових та громадських будинків і на території житлової забудови, затверджених Наказом МОЗ України № 463 від 22.02.2019 року для територій прилеглих до житлових будинків в нічний та денний час.

Теперішній час вченими проводяться дослідження  аспектів впливу вітряків при  їх масовому використанні на локальні та глобальні кліматичні умови місцевості. Зокрема, зниження середньої швидкості вітрів здатне зробити клімат регіону трохи більше континентальним за рахунок того, що повільно рухаються повітряні маси встигають сильніше нагрітися влітку і охолоджуватися взимку. Також відбір енергії у вітру може сприяти зміні вологісного режиму прилеглої території.

Згідно моделювання Стенфордського університету, великі офшорні вітроелектростанції можуть істотно послабити урагани, зменшуючи економічний збиток від їх впливу

 

Стаття підготована фахівцями відділу безпеки середовища життєдіяльності Управління державного нагляду за дотриманням санітарного законодавства