Уроки війни в Україні. Дизайн установок відновлюваної енергетики має змінитися

Уроки війни в Україні. Дизайн установок відновлюваної енергетики має змінитися

Через величезні пошкодження, яких Україна зазнає від російської навали, гостро постає проблема утилізації відходів, яку доведеться вирішувати дуже скоро. Зокрема це стосується і  установок відновлюваної енергетики, про утилізацію яких у нас досі не дуже замислювалися, адже не було такої термінової потреби.

Однак сьогодні, коли, за словами виконавчого директора Асоціації сонячної енергетики України Артема Семенишина, розв’язана росією війна в Україні також війною проти відновлюваної енергетики, питання утилізації зруйнованих та виведених з експлуатації агрегатів стає дійсно важливим.

Станом на кінець 2021 року Україна мала 9,7 ГВт потужності ВДЕ, з яких 78,6% становлять СЕС, 17,3% – ВЕС, плюс енергія з біомаси, біогаз та малі гідростанції.

За оцінками Європейсько-українського енергетичного агентства в районах активних бойових дій станом на 10 березня перебували 37% наземних та 35% дахових/фасадних СЕС, 29% біогазових установок, 16% малих ГЕС та 48% станцій на біомасі. Вже у квітні 2022 року лише 27% від загальних потужностей ВЕС України продовжувало працювати, а в зоні активних бойових дій або в окупації опинилися 47% потужностей відновлюваної енергетики країни.

Російські війська систематично знищують вітряні турбіни, сонячні панелі, лінії електропередачі, інше енергообладнання та крадуть обладнання електростанцій.

Так, у Мерефі, що за 30 кілометрів від Харкова, російські війська ракетним ударом проти ночі 28 травня знищили сонячну електростанцію, а в червні демонтували та вкрали найбільшу в Україні сонячну електростанцію потужністю 50 МВт, розташовану біля міста Токмак Запорізької області. Багато вітрогенераторів та дахових сонячних панелей було частково пошкоджено через активні бойові дії, а заміна пошкоджених частин установок неможлива через те, що такі установки непристосовані для швидкої заміни частин.

Окрім того, існує проблема технічного обслуговування, адже іноземні спеціалісти покинули Україну, а порушені логістичні ланцюги призвели до дефіциту необхідних матеріалів для обслуговування. До того ж, вчасно дістатися до багатьох локацій не дозволяють не тільки бойові дії, а й брак пального. Все це призводить до передчасного пошкодження та виведення з експлуатації енергетичних установок та необхідності їх утилізації.

Слід також врахувати, що для України й усього світу вітряні турбіни та фотоелектричні модулі є життєво важливими елементами не тільки для переходу до вуглецевої нейтральності, а й для відмови від залежності від російських енергоносіїв.

У найближчому майбутньому нам знадобиться набагато більше фотоелектричних панелей і вітрових турбін у всьому світі, і тенденція до збільшення використання малих і великих відновлюваних джерел енергії різко зростає. А рано чи пізно будь-яка установка виходить з ладу та потребує утилізації (нагадаємо, що середній термін експлуатації таких установок є 20-30 років, в залежності від застосування, конструкції та умов експлуатації).

Вітрогенератори складаються з трьох частин, кожна зі своїм специфічним складом: вежа, роторна голівка (гондола) та роторні лопаті. Вежа використовується як опора необхідної висотності для гондоли та лопать і виготовляється зі сталі та бетону.

В гондолі розташовані генератор, електричні та механічні блоки керування та датчики. Серед матеріалів у складі гондоли є пластики, електричні дроти, чавун, алюміній та навіть невеликі кількості рідкісних елементів, що використовуються в магнітах електричних генераторів. Лопаті ротора зазвичай виготовляються з композитних матеріалів – скловолокно, полімери та різні метали.

Особливістю переробки вітрогенераторів є великі розміри – лише лопаті ротора наразі сягають понад 80 метрів, що ускладнює транспортування, особливо якщо вітрогенератори розташовані у віддалених районах.

Інша велика проблема – власне переробка лопатей. Через їх конструкцію та комбінацію матеріалів дуже складно розділити ці матеріали. А перероблені полімери та армуючі волокна мають гірші властивості порівняно з первинними матеріалами, що обмежує їх подальше використання. Саме тому більшість лопатей наразі взагалі не переробляється, а просто викидається на звалища.

Іншою проблемою є переробка та рекуперація матеріалів з гондол. Наприклад, відновлення рідкоземельних елементів (як ніобій) з магнітів електрогенераторів. Самі магніти можна безпосередньо вилучити та використати повторно, однак на даний момент це складне завдання, оскільки генератори, які нині використовуються у вітряних турбінах, не призначені для легкого вилучення магнітів. Крім того, у нових моделях генераторів можуть бути інші вимоги до геометрії магнітів, і тому повторно використати магніти не завжди можна.

Для фотоелектричних модулів на сьогодні кристалічний кремній є домінуючою технологією, що займає понад 90% ринку. Типовий модуль має герметичну шарувату структуру, де сонячні батареї затиснуті між двома шарами полімерної оболонки та герметично заламіновані між захисною полімерною (або іноді скляною) задньою панеллю та передньою скляною кришкою, зверненою до сонця.

Ключовою проблемою у переробці фотоелектричних матеріалів є процес розшарування: при механічному розділені полімер забруднює кремнієвий шар, а спалювання спричиняє викиди CO2.

Інша проблема переробки фотоелектричних панелей – утворення великих обсягів відходів, які сьогодні важко переробити через те, що дрібні частинки кремнію поєднанні з рідиною для різання на водній основі можуть призвести до утворення водню та вибуху пилу.

Отже, маємо питання: потрібні зміни у дизайні будь-яких енергетичних установок, але насамперед сонячних та вітрових. Оновлений дизайн має забезпечувати довготривалу експлуатацію, швидку розборку та заміну пошкоджених частин або використання вживаних частин, легку утилізацію та переробку цих установок. Інакше світ не тільки потоне у відходах, але й не зможе забезпечити необхідну кількість матеріалів для виробництва нових вітрових та сонячних установок на заміну.

Дуже важливим є завдання ефективного використання та переробки рідкоземельних елементів із постійних магнітів – наприклад, наразі ЄС визначив ідентифікацію та повторне використання рідкоземельних елементів у двигунах із постійними магнітами як одну з ключових сфер, які мають бути розглянуті в оновленому регламенті щодо вимог до екологічного дизайну електродвигунів та приводів із змінною швидкістю. Оновлення правил очікується вже у 2023 році. Сподіваємося, що завдяки цьому відбудуться зміни в конструкцію вітрогенераторів, що встановлюватимуться в Україні в майбутньому.

Ольга Ігнатенко, Інформаційний центр «Зелене досьє»

Джерела:

Вас може зацікавити

Хроніки війни

Хроніки війни