Чи існує альтернатива традиційним джерелам енергії та скільки вона коштує?

У більш-менш стабільні для нашої енергетики часи, наприклад, у 2018 році, Україна виробляла 159 млрд кВт-год електроенергії на рік, із них більшість — за рахунок атомних станцій (рис. 1). Внесок альтернативних джерел становив менше 2% генерації.

Найбільшими ТЕС в Україні були Бурштинська, Курахівська, Запорізька та Вуглегірська, найбільшою ТЕЦ – Харківська ТЕЦ-5. Зараз із них Запорізька ТЕС окупована, решта зруйновані або суттєво пошкоджені. Загалом влітку 2024 року працювали лише 27% великих ТЕС.

Оцінка прямих збитків, які Росія завдала у 2022-2024 роках об’єктам електроенергетики, становить приблизно 5 млрд дол. США, із них близько 3,6 млрд дол. припадає на ТЕС. Загальна оцінка потреб відновлення ТЕС і ТЕЦ в Україні становить 21,7 млрд дол. Ця сума включає витрати на відбудову в повному обсязі зруйнованої та пошкодженої інфраструктури ТЕС і ТЕЦ з урахуванням принципу «відбудувати краще, ніж було». 

Втім, враховуючи що російська загроза у найближчі десятиліття не зникне, чи потрібно відбудовувати такі великі об’єкти? Однією з альтернатив є децентралізована генерація, тобто встановлення невеликих електростанцій, які працюють на викопному паливі. Друга можливість — розвиток «зеленої» енергетики. Проте наскільки відновлювані джерела енергії (ВДЕ) можуть замістити «традиційну» генерацію? Для відповіді на це запитання розглянемо декілька прикладів.

Відновлювані джерела енергії (ВДЕ), такі як сонце, вітер, вода, тепло землі або органічні відходи, постійно оновлюються природою. 

Середня продуктивність сонячної панелі та її використання для великих об’єктів

Розглянемо велику лікарню, за розміром подібну до «Охматдиту». Спробуємо приблизно оцінити її енергоспоживання та розрахувати витрати на нього (у прикладі ми не враховуємо зношування обладнання та інфляцію).

За дослідженнями, споживання енергії становить близько 20% бюджету лікарень. Лікарня споживає в середньому 200-300 кВт-год на 1 м² на рік. Тому лікарня площею 67 000 м² потребує щонайменше 13 400 000 кВт-год (13,4 ГВт-год) на рік (67000х200), тобто близько 36 712 кВт-год на день або 1 530 кВт-год на годину. При тривалості сонячного освітлення 3,5 години на добу (це середня тривалість сонячного освітлення взимку), щоб задовольнити свої енергетичні потреби, лікарні потрібні 26 225 сонячних панелей потужністю 400 Вт. При середній ринковій ціні панелі 12 тис. грн коштуватиме така кількість панелей майже 315 млн грн. При цьому площа однієї панелі близько 2 м2, тобто для встановлення такої кількості панелей знадобиться 52 450 м2 — це більше 5 футбольних полів. Не всі лікарні мають таку вільну площу та персонал для підтримки належного функціонування подібної установки. 

Водночас сонячна енергія найбільше виробляється саме тоді, коли потреба у ній найменша — тобто влітку, коли яскраво світить сонце. Тому, щоб використовувати сонячні панелі на практиці, до них потрібні акумулятори. Для нашої гіпотетичної лікарні це 3 671 акумулятор місткістю 10 кВт/год. Вартість акумулятора — близько 207,5 тис. грн, тобто загальні витрати на них становитимуть майже 762 млн грн. При розмірах акумулятора 68х48х24 см для такої кількості акумуляторів знадобиться 288 м3 або повністю заповнене приміщення висотою 2 м та розміром 12х12 м (зрозуміло, що в реальності приміщення має бути більшим, щоб між акумуляторами залишалося місце для циркуляції повітря). Важитимуть ці акумулятори 312 тонн.

Чи є сенс переводити лікарню повністю на сонячні панелі?

Серед переваг такого переходу — енергонезалежність, стабільність постачання навіть під час відключень, екологічність та зниження витрат на електроенергію в довгостроковій перспективі, адже за «зеленим» тарифом така установка може окупитися за 19 років.

Як розраховано вище, вартість сонячних панелей та акумуляторів становитиме 1,077 млрд грн. Витрати на інфраструктуру (інвертори, каркаси, монтаж, тощо) сягають до 40% від вартості панелей, тобто орієнтовно 126 млн грн (рис. 2). Отже, загальна мінімальна вартість цієї установки для лікарні ≈ 1,202 млрд грн. Ці інвестиції теоретично дозволять лікарні обійтися без зовнішнього постачання енергії. Проте, звісно, у неї будуть витрати на заміну панелей та акумуляторів, які відслужили свій ресурс, поточний ремонт тощо.

Отже, для повного забезпечення лише однієї великої лікарні сонячною енергією знадобляться не тільки значні інвестиції, але й доволі великі площі. Тому більш раціонально забезпечувати подібні великі об’єкти за рахунок інших джерел енергії – наприклад, дизель-генераторів або постачання від «зелених» електростанцій, розташованих десь за містом. Розміщені на дахах приміщень сонячні панелі з акумуляторами можуть бути допоміжним джерелом енергії, а також джерелом додаткових доходів, якщо наша умовна лікарня продаватиме надлишок енергії до мережі.

Втім, домогосподарства, які споживають значно менше електроенергії, цілком можуть повністю забезпечити себе енергією за допомогою сонячних панелей, розташованих на даху будинка. Зробимо схожий розрахунок для приватної оселі. За даними Національної комісії, що здійснює державне регулювання у сферах енергетики та комунальних послуг, у 2021 році середньомісячне споживання домогосподарства становило 168 кВт∙год на місяць (5,6 кВт-год на день), а для домогосподарств, які використовують електроопалення, – 954 кВт-год на місяць (31,8 кВт-год на день).

З урахуванням 30% запасу домогосподарству без електроопалення знадобиться сонячна установка, що генеруватиме 7,28 кВт-год на день (5,6х1,3). Потужність панелей в такому випадку становитиме 2,08 кВт (7,28 кВт-год на день / 3,5 години). Отже, знадобиться 6 панелей потужністю 400 Вт (2,08 кВт/0,4 кВт = 5,2, але округлюємо вгору). За аналогічним розрахунком, для домогосподарства з електроопаленням потрібно буде 30 панелей. За площею це буде відповідно 12 м2 та 60 м2, що теоретично доступно на даху приватного будинка.

Встановлення сонячних панелей на багатоповерхівках є ефективним рішенням для зменшення витрат на енергозабезпечення спільних інфраструктурних об’єктів, таких як ліфти, насосні станції та освітлення під’їздів. Наприклад, система потужністю 30 кВт, що забезпечується 75-80 сонячними панелями, що займе приблизно 150–200 м² даху, може забезпечити щоденну генерацію від 20 до 23 кВт-год у літній період. Це достатньо для живлення ліфта, який споживає близько 15-20 кВт-год на день, та роботи насосної станції, яка використовує в середньому 3-5 кВт-год на добу. Для накопичення енергії можна використовувати літій-залізо-фосфатні акумулятори місткістю 40–50 кВт-год, що забезпечить автономну роботу системи протягом доби (це може бути 4–5 акумуляторів по 10 кВт-год кожен). Для перетворення енергії потрібні гібридні інвертори сумарною потужністю 30 кВт. Таким чином завдяки використанню сонячних панелей багатоквартирні будинки можуть забезпечити свої потреби у живленні критично важливого обладнання.

Ці приклади показують, що невеликі об’єкти завдяки сонячним панелям можуть бути енергетично самодостатніми, проте великі об’єкти, й тим більше промислові потужності, не зможуть обійтися без «традиційної» генерації. Слід мати це на увазі, обговорюючи «зелене» майбутнє української енергетики.

Висновок

Розвиток енергетичної інфраструктури — це крок до виконання міжнародних зобов’язань України, таких як Стратегія сталого розвитку до 2030 року та Європейський зелений курс, а також до інтеграції в енергетичну систему Європейського Союзу. 

Відновлювані джерела енергії пропонують довгострокові екологічні та економічні переваги, хоча й вимагають значних початкових інвестицій. Ці переваги включають децентралізацію виробництва енергії, що знижує транспортні витрати, зменшує залежність від імпорту палива та мінімізує вплив на довкілля у довгостроковій перспективі (звісно, сонячні панелі з часом потребують заміни та утилізації, але багато матеріалів, із яких вони зроблені, можна використати повторно). 

ВДЕ також дозволятимуть домогосподарствам і підприємствам виробляти енергію, що підвищить їхню стійкість до криз і забезпечить доступну енергію у віддалених районах. Отже, навіть під час обстрілів енергетичної інфраструктури у містах, містечках або віддалених селищах може бути світло й тепло завдяки альтернативним джерелам енергії.

Водночас перехід на ВДЕ потребує значних інвестицій. До того ж, наприклад, сонячні електростанції, не можуть стати основним джерелом енергії для великих об’єктів, тому атомна енергія та викопне паливо залишаються основним джерелом енергії в осяжній перспективі. З огляду на це, відновлення та модернізація ТЕС та ТЕЦ як перехідного, а згодом резервного джерела енергії, може стати частиною конкурентної, стійкої та незалежної енергетичної системи України. 

Втім, що точно варто робити кожному — це заощаджувати енергію, бо найчистіша енергія — це та, що не витрачена даремно.