Главная >  Потенциал энергии 

 

Развитие солнечной энергетики. Тем не менее это не так - солнечная энергия является серьезной альтернативой традиционной энергетике уже в данное время. Прежде чем сравнивать разные энергетические технологии по экономическим и другим параметрам, необходимо определить их соответствующую действительности стоимость, поскольку цены на топливо и энергию, которые действовали в бывшем СССР, не отражали реальные затраты на их производство.

 

Полное количество солнечной энергии, которая поступает на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, уголь и урана. Существует широко распространенное мнение, что солнечная энергия есть экзотической и ее практическое использование - дело отдаленного будущего (после 2020г.).

 

Выбросы тепловых электростанций складываются, в основного, из углекислого газа, который отвечает за парниковый эффект и изменение климата и, например, приводит к засухе. Другие выбросы включают окиси серы и азота, которые в атмосфере превращаются в серную и азотную кислоты и возвращаются на землю со снегом или в виде кислотных дождей. Повышенная кислотность воды приводит к снижению плодородия грунта, уменьшению рыбных запасов и засыханию лесов, повреждению строительных конструкций и домов. Токсичные тяжёлые металлы, такие как кадмий, ртуть, свинец, могут растворяться кислотами и попадать в питьевую воду и сельскохозяйственные продукты.

 

Только при нормальном ценообразовании будут действовать экономические стимулы, направленные на энергосбережение и создание новых технологий в энергетике. Известно, что каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется в естественных условиях за 2 млн. лет. Гигантские темпы потребления невозобновляемых энергоресурсов по относительно низкими ценами, которые не отражают реальные совокупные затраты общества, в сущности говоря, означают жизнь в заем, кредиты у будущих поколений, которым не будет доступна энергия по таким низким ценам. Другая составляющая стоимости энергии, которая распределяется на все общество и не включается в тарифы за энергию, связана с загрязнением окружающей среды энергетическими установками.

 

Наши и заграничные оценки прямых социальных затрат, связанных с вредным влиянием электростанций, включая болезни и снижения продолжительности жизни людей, оплату медицинского обслуживания, потери на производстве, снижение урожая, восстановление лесов и ремонт домов в результате загрязнения воздуха, воды и грунтов дают величину, которая добавляет около 75% к величинам мировых цен на топливо и энергию. В сущности, это затраты всего общества - экологический налог, который платят граждане за несовершенство энергетических установок, и этот налог должен быть включен в стоимость энергии для формирования государственного фонда энергосбережения и создание новых экологически чистых технологий в энергетике.

 

Существует большая неясность в определении реальной стоимости электроэнергии, получаемой от атомных электростанций. Можно утверждать, что реальные цены в атомной энергетике будут определены после того, как будут решены вопросы безопасности АЭС и ядерных технологий по получению топлива и погребение отходов и разработаны принципы обращения с оборудованием, зданиями и сооружениями АЭС, выведенными из эксплуатации после тридцати лет работы, и эти цены будут выше существующих.

 

Ветро- и гидроэлектростанции имеют конкурентоспособные экономические характеристики при любом уровне мощности, который ограничен только наличием соответствующих энергоресурсов. Потенциалы ветровой и гидроэнергии составляют соответственно 0,02% и 0,07% от солнечной энергии и разрешают обеспечивать энергией локальных и региональных потребителей при суммарной мощности до нескольких сотен и тысяч Мвт. Энергосберегающие технологии для солнечного дома являются наиболее приемлемыми по экономической эффективности их использования. Их применение разрешит снизить энергопотребление в домах до 60%. В качестве примера успешного применения этих технологий можно отметить проект 2000 солнечных крыш в Германии.

 

Если учесть эти скрытые сейчас затраты в тарифах на энергию, то большинство новых технологий возобновляемой энергетики становятся конкурентноспособными существующим технологиям. Одновременно появится источник финансирования новых проектов по экологически чистой энергетике. Именно такой экологический налог в размере от 10 до 30% от стоимости нефти введенный в многих странах, в частности в Швеции, Финляндии, Нидерландах.

 

При приближении к мировым ценам становятся экономически приемлемыми технологии получения газа и моторного топлива из биомассы. Например, опыты показывают, фермер, имееющий посевы рапса и рапсовое масло, может быть независим от снабжений моторным топливом. В регионах, богатых торфом и древесиной, которые имеют дефицит моторного топлива, технологии газификации, получения этанола и метанола разрешат использовать газ и синтетическое топливо в дизельных электрогенераторах и автомобилях.

 

В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов. В Германии разработана новая технология прозрачной теплоизоляции домов и солнечных коллекторов с температурой 50-90оС.

 

Одной из наиболее перспективных технологий солнечной энергетики является создание фотоэлектрических станций с солнечными элементами на основе относительно дешевого кремния, которые превращают в электрическую энергию прямую и рассеянную составляющие солнечной радиации с КПД 12-15%. Лабораторные образцы имеют КПД 23%. Мировое производство солнечных элементов превышает 50 Мвт в год и увеличивается ежегодно на 30%. В США существует несколько экспериментальных фотоэлектрических станций мощностью от 0,3 МВт до 6,5 МВт, которые работают на энергосистему. Вторая фаза массового производства и использования СЭС в энергосистемах связана с созданием технологий и материалов, которые разрешают снизить стоимость установленной мощности приблизительно в 5 раз, до 0,50 $/Вт, а стоимость электроэнергии до 0,07-0,08 $/кВт·ч.

 

Солнечные электростанции могут быть использованы как для решения локальных энергетических задач, так и глобальных проблем энергетики. Наиболее практическое применение в мире получили гибридные солнечно-топливные электростанции с параметрами: КПД 13,9%, температура пара 371 оС, давление пара 100 бар, стоимость вырабатываемой электроэнергии 0,08-0,12 $/кВт·ч, суммарная мощность в США 400 МВт при стоимости 3 $/кВт. СЭС работает в пиковом режиме при отпускной цене за 1 квт·ч электроэнергии в энергосистеме: с 8 до 12 часов - 0,066 $, а с 12 до 18 часов - 0,353 $. КПД СЭС может быть увеличен до 23% - среднего КПД системных электростанций, а стоимость электроэнергии снижена за счет комбинированного изготовления электрической энергии и тепла. Основным технологическим достижением такого проекта является создание Немецкой фирмой Flachglass Solartechnik Gmb технологии производства стеклянного параболо-цилиндрического концентратора длиной 100 м с апертурой 5,76 м, оптическим КПД 81% и ресурсом работы 30 лет.

 

Ситуацию с солнечным кремнием можно сравнить с ситуацией с алюминием после его открытия в 1825 г., когда он стоил как серебро и использовался для украшений. Только после разработки технологии электролиза в 1886 г. алюминий стал дешевым и доступным материалом.

 

Принципиальным ограничением для такого снижения стоимости является высокая стоимость кремния солнечного качества (40 - 100 $/кг). Поэтому создание новых технологий получения кремния, которые обеспечивают радикальное (на порядок) снижение его стоимости, является задачей номер один перечня альтернативных технологий в энергетике.

 

Существуют несколько причин, которые объясняют такую ситуацию. В развитие технологии и производство урана вложены миллиардные средства, которые выделялись, в основными, по воинским программам, поэтому объемы производства урана в 6 раз превышают объемы производства солнечного кремния.

 

Содержимое кремния в земной коре составляет 29,5%. Солнечный кремний с чистотой 99,99% стоит столько же, сколько уран для АЭС, хотя содержимое кремния в земной коре превышает содержимое урана в 100000 раз. Мировые достоверные запасы урана оцениваются в 2763000 т. Урановый топливный цикл, который включает производство гексафторида урана, значительно более сложный и опасный хлорсиланового способа получения солнечного кремния. Учитывая рассеянность и маленькое содержимое урана в земной коре в сравнении с кремнием, тяжело понять, чему урановое топливо для ядерных реакторов и кремний для солнечных электростанций имеют одинаковую стоимость.

 

С 1970 года в СССР, Германии, Норвеги и США проводились исследование создания технологий получения кремния, которые выключают хлорсилановий цикл. После двухлетнего цикла исследований в СССР эти работы были исключены из национальной программы. В 1974 году фирма Сименс (Германия) и в 1985 году фирма Елкем (Норвегия), вместе с компаниями США Дау Корнинг и Эксон сообщили о завершении разработки технологии получения солнечного кремния карботермическим восстановлением в особенности чистых кварцитов из КПД солнечных элементов 10,8-11,8%.

 

Хлорсилановая технология производства солнечного кремния, разработана около 40 лет тому, до сих пор практически не изменилась, сохранив все отрицательные черты химических технологий 50-х лет: высокая энергоемкость, низкий выход кремния, экологическая опасность. Основной материал для производства кремния - кремнезем в виде кварцита или кварцевого песка - составляет 12% от массы литосферы. Большая энергия связи Si - 464 кдж/моль обуславливает большие затраты энергии на реакцию восстановления кремния и следующее его очищение химическими методами - 250 квт·ч/кг, а выход кремния составляет 6-10%.

 

Новая технология производства кремния солнечного качества методом прямого восстановления из природно-чистых кварцитов имеет следующие характеристики: затраты электроэнергии 15-30 квт*ч/кг, выход кремния 80-85 %, стоимость кремния 5-15 $/кг. В случае применения этой технологии в широких масштабах стоимость солнечных элементов и модулей составит 0,7-1,4 $/Вт и 1,0-2,0 $/Вт соответственно, а стоимость электроэнергии 0,10-0,12 $/кВт·ч. В новой технологии химические методы заменены на экологически приемлемые электрофизические методы.

 

В 1988 году о разработке солнечной технологии сообщили японские фирмы Nippon sheet glass и Kawasaki Steel Corp. В 1990 году КПД элементов из солнечного кремния составил 14,2% в сравнении с 14,7% из хлорсиланового кремния.

 

Известно, что солнечная электростанция, которая работает на энергосистему, может не иметь суточного и сезонного аккумулирования, если ее мощность составляет 10-15 % от мощности энергосистемы. Это отвечает мощности СЭС 40 ГВт, для размещения которой будет нужна площадь солнечных элементов около 400 км Расчет и опыт эксплуатации СЭС показывает, что почасовое изготовление электроэнергии, пропорционально изменению солнечной радиации в продолжение дня, в значительной степени отвечает дневному максимуму нагрузки в энергосистеме.

 

Для реализации подобных проектов в Украине необходима комплексная государственная инвестиционная поддержка с привлечением заграничных инвесторов для развития новых энергетических технологий, в первую очередь технологии производства солнечного кремния. Имеющиеся в Министерства топлива и энергетики слишком скромные финансовые средства следует тратить не на демонстрационные проекты, а на создание новых технологий, оборудование и производственных мощностей. Развитие фотоэлектрической области будет требовать, кроме солнечного кремния, создание производства специального закаленного стекла с низким содержимым железа, алюминиевого проката, электронных регулирующих устройств. В Украине соответствующие производственные мощности существуют.

 

В завершение остановимся на некоторых общих предположениях относительно путей развития мировой цивилизации. Поскольку кремний занимает в земной коре по массе второе место после кислорода, можно предположить, что от первоначальных людей с примитивными кремниевыми орудиями работы человечество через тысячи лет переходит к периоду, в котором как конструкционные материалы будут использованы керамика, стекло, силикатные и композиционные материалы на основе кремния, а как глобальный источник энергии - кремниевые солнечные электростанции. Проблемы суточного и сезонного аккумулирования, возможно, будут решены с помощью солнечно-водородной энергетики, а также широтного расположения солнечных электростанций и новых энергосберегающих систем передачи между ними. Учитывая то, что 1 кг кремния в солнечном элементе вырабатывает за 30 лет 300 МВт·ч электроэнергии, легко подсчитать нефтяной эквивалент кремния. Прямое перечисление электроэнергии 300 МВт·ч с учетом теплоты сгорания нефти 43,7 МДж/кг дает 25 т нефти на 1 кг кремния. Если для ТЭС, которое работает на мазуте, принять ККД 33%, то 1 кг кремния по вырабатываемой электроэнергии эквивалентный приблизительно 75 тоннам нефти. В связи с высокой надежностью срок службы СЕС за основным компонентом - кремнием - и солнечными элементами может быть увеличен до 50 - 100 лет. Для этого потребуется исключить из технологии герметизации полимерные материалы. Единственным ограничением может оказаться необходимость их замены на более эффективные. КПД 25-30% будет достигнут в производстве в ближайшие 10-20 лет. В случае замены солнечных элементов кремний может быть использован повторно и количество циклов его использования не имеет ограничений во времени.

 

Поскольку удельная стоимость СЭС не зависит от ее размеров и мощности, в ряде случаев целесообразным является модульное размещение СЭС на крыше сельского дома, коттеджа, фермы. Собственник СЭС будет продавать электроэнергию энергосистеме в дневное время и покупать ее у энергетической компании по другому счетчику в ночные часы. Преимуществом такого использования, кроме политики поощрения маленьких и независимых производителей энергии, есть экономия на опорных конструкциях и площади земли, а также соединение функции крыши и источника энергии.

 



 

УТВЕРЖДАЮ. Аналитическая записка. Водні ресурси в Україні. Почему народ не хочет жить по счетчику. Положение об организации услугэнергосервиса для учреждений бюджетнойсферы.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.0029