Рис. 1. Ціна на електроенергію у Київській області для підприємств з 1.01.2022 р., грн/МВт.год.
В Україні є сучасна виробнича база, яка може бути використана у розробці технологій, спрямованих на масове виробництво сонячних батарей, сонячних колекторів і геотермальних теплових помп. Висвітлено основні параметри перспективного проекту переходу на геотермальні технології одержання теплової енергії. Налагодження вітчизняного виробництва геотермальної теплової помпи може сприяти доступу населення України до сучасного обладнання одержання теплової енергії.
Розвиток геотермальної енергетики в Україні може забезпечити щорічне зростання технічного потенціалу енергетики України та зменшити витрати власних та імпортованих енергоносіїв у декілька разів.
У світі дедалі більше уваги приділяється використанню тепла, що одержується за допомогою застосування геотермальної теплової помпи (ГТП). Застосування технології «теплова помпа» дасть змогу помітно зменшити собівартість виробництва промислової та сільськогосподарської продукції. Впровадження сучасних енергозберігаючих технологій дає можливість скоротити витрати, пов’язані з паливом, що імпортується. Перехід на нові джерела енергії є незворотнім процесом вдосконалення виробництва і зумовлений скороченням вичерпних запасів енергії в світі та в Україні зокрема.
Погіршення екології в Україні та перманентні енергетичні кризи обумовлюють пошук альтернативних джерел енергії. Використання нетрадиційних джерел в Україні спрямоване переважно на застосування для виробничих і побутових потреб відновлювальних місцевих енергоресурсів. Потенціал відновлюваних джерел енергії використовується лише на 0,02%. Дослідження ГТП системи «повітря/вода» показали, що потенціал зменшення споживання природного газу в Україні від їх застосування оцінюється приблизно у 15 млрд м3 на рік.
Сільське господарство України споживає майже 1,8 млн т енергії у нафтовому еквіваленті, що не перевищує 3,8% енергетичних потреб галузі. В Україні валове виробництво енергії лише за рахунок зернових культур становить щорічно 20—30 млн т у перерахунку на біоетанол, або 12—18 млн ТНЕ. Тож сільське господарство продукує енергії на порядок більше, ніж споживає. Варто зазначити, що виробництво зернових супроводжується отриманням побічної продукції у співвідношенні до обсягу одержаного зерна від 1:0,5 до 1:1,5. Цього обсягу сировини більш ніж достатньо, щоб покрити всі витрати енергії для потреб аграрного виробництва. Використання соломи, а не зерна для виробництва біоенергії також важливе з позицій продовольчого забезпечення.
Метою наших досліджень є наукове обґрунтування і розвиток прикладних положень щодо підвищення ефективності запровадження у виробничих і побутових умовах альтернативних технологій одержання тепла для виробничих і побутових потреб.
Розвиток геотермальної енергетики в Україні може забезпечити щорічне зростання технічного потенціалу енергетики України, зменшити витрати власних та імпортованих енергоносіїв у декілька разів. Атомна енергетика в Україні сприяє не такому стрімкому здороженню енергоносіїв, як формування цін на природний газ. Наприклад, у Київській області ціни на природний газ для виробничих потреб зросли майже всемеро, тоді як ціни на електричну енергію зросли лише у 1,5—2 рази та становлять 3,8—4,7 тис. грн/МВт.год (рис. 1). Такі економічні умови спонукають підприємства до пошуку альтернативних технологій у сфері енергопостачання.
Енергетичні потреби в побуті та на виробництві можна частково або повністю замінити застосуванням технології «теплова помпа». Теплова помпа (ТП) «вода/вода» є однією з найефективніших теплоенергетичних систем.
Ґрунтова вода — надійне і постійне джерело енергії. Відомо, що температура води, ґрунту має постійне значення упродовж року +8—12 оС. Коефіцієнт ефективності таких теплових систем може становити 4—5 одиниць одержаної енергії на кожен кіловат затраченої енергії на роботу компресора ГТП та допоміжного обладнання.
За нашими спостереженнями встановлено, що кожен кіловат затраченої електроенергії на обслуговування системи обігріву фактично дає понад 4 кВт теплової енергії. Досвід засвідчує, що найвищу ефективність показують системи обігріву помешкання, що включають у себе застосування як теплоносія води із свердловин і заглибного насоса. Теплоносій у теплообміннику випаровувача втрачає 2,5—3,5 оС, а система обігріву може давати приріст температури 10—15 оС (рис. 2).
Рис. 2. Залежність температури теплоносія в системі обігріву (конденсор — Y) від спаду температури теплоносія (вода) в контурі теплообмінника (випаровувач — X) геотермальної теплової помпи CDWC-51 (17,2 кВт).
У розробленні стратегії енергетичного переозброєння країни слід відштовхуватись від парадигми «природний газ, вугілля, уран з часом будуть вичерпані». Та з екологічної точки зору перелічені ресурси для виробництва енергії є малоперспективними. Україна може розраховувати лише на коротку перспективу використання енергії, що генерують атомні електростанції.
Глибока економічна і політична криза, що охопила економіку України, потребує розробки ефективних механізмів її негайного подолання. Цілком реально впродовж короткого терміну часу (1—2 роки) замінити в системі теплопостачання всі газові та твердопаливні котли на геотермальні теплові помпи. Для реалізації такого амбітного проекту існує лише одна перепона — ціна на імпортоване обладнання. Його вартість є непідйомною для пересічного споживача. Вихід лише один — налагодити власне виробництво ГТП на базі спірального компресора Copeland Scroll. На сьогодні виробниками і постачальниками запасних частин для ГТП в Україні є Північна Ірландія — малі спіральні компресори, Бельгія — великі спіральні компресори, Чехія — поршневі напівгерметичні компресори, Німеччина, Італія, Чехія — прилади автоматики. Технологія вилучення геотермального тепла бере свій початок з 80-х років минулого століття. У 1987 р. компанія Emerson Climate Technologies вперше у світі опанувала промислове виробництво спіральних компресорів Copeland Compliant Scroll. У 2001-му запущено виробництво цифрових спіральних компресорів Copeland Digital Scroll. Сьогодні компанія є одним із найбільших виробників геотермальних компресорів у світі. Їй належить приблизно половина світового ринку спіральних компресорів.
Крім компресора ГТП включає два теплообмінники та контрольно-вимірювальні прилади, що вже виробляються підприємствами України. Можна розглядати два варіанти виробництва теплообмінників — спіральний «труба в трубі» або пластинчастий. Останній є більш дорогим. Загалом можна вийти на собівартість ГТП 15—20 тис. грн, що дещо дешевше від сучасного газового котла. Не зайвим буде побудувати на території України завод з виробництва спіральних компресорів, що в такому разі сприятиме здешевленню виробництва «народної ГТП» ще на 3—5 тис. грн, та головне — дасть змогу досягнути масового виробництва ГТП. Для потреб народного господарства необхідно щороку виробляти 1—2 млн шт. ГТП.
Поряд з реалізацією зазначеного проекту необхідно вирішувати питання доцільності імпорту до України приладів обігріву на основі вольфрамових спіралей. Досить ефективними можуть бути митні регулятори. З часом постане питання доцільності виробництва та завезення до України котлів, де передбачене спалювання деревини, вугілля, газу. Так з нашої мови буде вилучено термін «опалення». Спалювати будь-що вже не буде потреби, а необхідне тепло ми одержимо від невичерпних термальних акумуляторів, якими є земля, вода, повітря. Сам факт глобального потепління є поштовхом до розв’язання глобальних проблем, що сплелись в єдиному рішенні — вже час обмежити видобування корисних копалин. За таких економічних умов не буде потреби підтримувати збиткові державні шахти, які видобувають менш як 10% всього вугілля в Україні та потребують державних дотацій.
Реформа в енергетиці має сприяти істотному зменшенню енерговитрат на виробничі потреби, що обумовить оптимізацію структури собівартості продукції та сприятиме розв’язанню іншої проблеми — зростання цін на продукцію аграрного та промислового виробництва.
Модернізація енергетичних потужностей в Україні має відбуватись у декілька етапів:
1. Вилучення технологій одержання тепла за рахунок спалювання деревини, соломи, вугілля, газу та нафтопродуктів.
2. Вилучення з побуту технологій одержання тепла на основі використання вольфраму та заміщення цих приладів карбоновими обігрівачами. У такий спосіб економія електричної енергії становитиме 50%.
3. Одержання теплової енергії за рахунок застосування біоенергетики та геотермального тепла.
4. Розробка промислових технологій одержання для виробничих потреб значних обсягів біогазу та його компонентів — біометану та біоводню.
У наших дослідженнях ми проводили економічне обґрунтування більш ефективного теплового насоса з технологією «ґрунт/вода», «вода/вода», «повітря/вода» з коефіцієнтом ефективності від 4,0 до 5,7 для виробничих умов тепличного господарства.
Використання альтернативних енергоносіїв створює оптимальні умови для виробництва. Наприклад, при застосуванні технології «геотермальна помпа» витрати на енергоносії становлять 15,3—21,9 грн/кг продукції та собівартість продукції 34—49 грн/кг за умови врожайності томатів 45—50 кг/м2.
Застосування у якості енергоносія природного газу призведе до підвищення ціни продукції у 8—10 разів, що є зовсім неприйнятним для ринкових умов агробізнесу в Україні.
У власних дослідженнях було визначено необхідну потужність ГТП для обігріву 1 гектара теплиць — 1058 кВт. Нові тарифи на енергоносії спонукають виробника аграрної продукції досліджувати можливості застосування альтернативних видів енергії. Виконані нами дослідження показали значну ефективність застосування у якості альтернативного джерела енергії технології «геотермальна помпа». За розрахунками річний економічний ефект від запровадження такої технології може становити 54—57 млн грн на 1 га виробничої площі теплиць на базі «голландської» технології (табл. 1).
*0,91 Гкал/год = 1058 кВт. **Додатково до ціни газу сплачується вартість замовленої потужності (транспортування магістральними газопроводами) 163,89 грн за 1000 м3.
Джерело: власні розрахунки автора.
Аналіз структури витрат на монтаж системи ГТП під ключ показав, що 2/3 всіх витрат на впровадження такої технології у виробництво становлять витрати на придбання теплової помпи, решта — це витрати на формування ґрунтового контуру або інших джерел одержання геотермального тепла — повітря, вода (табл. 2).
*Ґрунтовий контур (технологія з використанням ґрунтових вод до 15 м) включає додаткове устаткування, буріння свердловин та роботи з прокладання труб.
Джерело: власна розробка автора.
Сонячна енергія може бути акумульована із застосуванням сонячних колекторів або сонячних батарей. Радіаційний режим території України сприятливий для практичного використання сонячної енергії. Україна розташована між 44° i 52° північної широти та 22° i 41° східної довготи. Згідно з останніми метеорологічними спостереженнями в Україні протягом року буває, залежно від регіону, 100—200 сонячних днів. Середньорічна кількість сумарної сонячної радіації становить 1000—1400 кВт год/м2, що еквівалентно енергоємності приблизно 100 м3 природного газу. Сонячну енергію з успіхом застосовують у вирощуванні ранніх весняних тепличних овочів на півдні України та Закарпатті. Сонячна енергія використовується для безпосереднього обігрівання теплиць для вирощування овочів за рахунок проходження інфрачервоного випромінювання через прозорі світлопроникні огороджувальні конструкції та відбивання його всередину теплиці від внутрішньої поверхні теплозахисних екранів. Для підігрівання води, що надходить у труби системи водяного опалення, а також на технологічні та побутові потреби встановлені вакуумно-сонячні колектори, які поглинають до 97% сонячної енергії, а зворотне випромінювання зменшується до 3—7%. Сонячне випромінювання часто використовується також в електроенергетиці (через фотовольтаційні соти). За нашими дослідженнями, у структурі собівартості тепличних овочів електрична енергія становить від 2 до 5% (ПАТ «Комбінат «Тепличний» — 2,2%) та має тенденцію до зростання у зв’язку із запровадженням сучасної контрольно-вимірювальної апаратури систем керування технологічними процесами, регулювання систем освітлення у критичні періоди росту рослин та іншими інноваціями в цій галузі.
Розвиток геотермальної енергетики в Україні може забезпечити зростання технічного потенціалу підприємств агробізнесу та зменшити витрати власних та імпортованих енергоносіїв у декілька разів. Дослідження показали, що при застосуванні технології «геотермальна теплова помпа» витрати на енергоносії у тепличному та інших господарствах можуть мати істотне зменшення, що сприятиме оптимізації собівартості продукції і конкурентоспроможності на внутрішньому ринку.
Віктор ІВАНЕНКО, кандидат економічних наук, головний науковий співробітник, Український науково-дослідний інститут продуктивності агропромислового комплексу, м. Київ.
Див. попередню публікацію. http://www.golos.com.ua/article/287985
