Главная >  Энергосбережение 

 

Световые проемы для электрогенерации. Инновации, представленные на всемирном форуме технологий и оборудования для производства стекла и светопрозрачных конструкций Glasstec’06, Дюссельдорф, Германия, октябрь 2006, предназначены для немедленного и широкого применения

 

Сергей Шовкопляс

 

Сейчас произошло появление на свет новой и мощной отрасли, научно-технологические основы которой вынашивались десятилетиями на стыке индустрии производства стекла, машиностроения, электроэнергетики, строительства, архитектуры и прикладных наук. Возможно, в будущем она получит отдельное название. Темпы развития ее таковы, что мировая индустрия производства стекла, изделий из стекла и связанных с этим технологий по большинству показателей превышает развитие индустрии информационных технологий и телекоммуникаций, считавшейся бесспорным лидером мировой экономики последние десятилетия.

 

Громадная площадь остекления зданий и сооружений в мегаполисах, обращенная на солнечную сторону — фасады, окна, крыши и ограждения, перегородки в инсолированных внутренних помещениях, конструктивные элементы из стеклоблоков и пустотелого стекла и прочее — теперь смогут использоваться для производства электроэнергии. Фактически устранены последние экономические, технологические и регуляторные препятствия для повсеместного использования солнечной энергии — для отопления, обслуживающих систем (вентиляция, водоснабжение, кондиционирование, питание средств коммуникаций, освещение и так далее) и собственно электрогенерации.

 

Последние разработки конструкций и технологий производства модулей для фотоэлектрической (или фотовольтаической, как ее все чаще называют) электрогенерации, представленные на всемирном форуме Glasstec’06, уверенно ломают стереотип о том, что солнечная энергетика — “нишевая” технология, которая годится для генерации исключительно в южных широтах и не имеет будущего при широкомасштабном применении.

 

Отрасль, обеспечивающая фотоэлектрическую и фототермальную энергетику, удвоится за два ближайших года, а ее оборот в 2008 г оценивается цифрой 14-18 млрд. долларов.

 

Анализируй это!

 

Мировая солнечная энергетика пока еще не вышла из границ частных случаев, однако уже построена крупная фотоэлектрическая станция в Аризоне, США. Воплощается проект гибридной фотовольтаической системы в Нигерии под патронатом Siemens: это территориально-распределенная система энергоснабжения (grid-system) с большой общей мощностью из локальных солнечных электроподстанций. В Австралии вскоре закончат строительство крупнейшей в мире фотоэлектростанции. Лидируют же по развитию и применению солнечной энергетики Германия и Япония — страны, которые никак нельзя назвать тропическими. Оценим реальные перспективы солнечной фото- и термо- электрогенерации (памятуя, что это имеет непосредственное отношение к стекольной отрасли) и обратимся к сравнительному анализу.

 

На диаграмме “Затраты на электрогенерацию: технологии 2005-2006” показаны текущие уровни параметров себестоимости, расчеты которых выполнены при многих допущениях. В частности, средний срок амортизации принят 20 лет при ставке 6% годовых, стоимость угля принята $1,2/Mbtu, то есть чуть больше доллара за 1 млн. BTU (British Thermal Unit, британская тепловая единица, BTU расходуется на получение 1 кВт электроэнергии), а стоимость природного газа при сегодняшних нестабильных мировых ценах тоже взята с запасом — $4/Mbtu. Уровни затрат приводятся с учетом средней загруженности мощностей и К.П.Д. технологий. Например, у ядерных станций фактор загруженности составляет 90%, у фотоэлектрических — не более 20%, гидростанции обычно нагружены на 25-35% установленной мощности. Учтены затраты на капитальное строительство для разных типов электростанций. Эти и другие допущения выстраиваются в картину, требующую комментариев.

 

Расчеты усредненной себестоимости различных технологий электрогенерации (которая, на самом деле, очень зависима от размеров станций, страны, месторасположения, стоимости энергоносителей с учетом их транспортировки, строгости контроля национальных экологических норм по сжиганию органического топлива, качеству геотермальной энергии, топографии местности для гидростанций и многого другого) напоминают скорее “среднюю температуру по больнице”. Тем не менее, будут обозначены уровни для экономического сравнения.

 

Однако если газ, так сказать, сам себя транспортирует (с помощью газотурбинных агрегатов), то стоимость транспортировки угля будет существенно расти. Или иначе — нужно транспортировать всевозрастающее количество энергии потребителям, а значит, строить более мощные сети электропередач и подстанций. Строительство новых ядерных станций с учетом создания полностью новой инфраструктуры весьма проблематично: слишком дорого, и не по плечу ни США, ни ЕС. Да и негативное отношение общественности к ядерной энергетике слишком велико.

 

Видимая на диаграмме выгодность существующей энергетики мнима. Абсолютно все эксперты сходятся во мнении, что органическое ископаемое топливо будет только дорожать. Принцип такси “Чем дальше, тем дороже” еще больше подходит к прогнозу будущей стоимости традиционной органо-топливной электрогенерации, если представить, что горючее дорожает во время поездки, нормы чистоты выхлопа ужесточаются, и штрафные квитанции за их превышение выдаются прямо на ходу.

 

Рис. Затраты на электрогенерацию: технологии 2005-200 Цена за газ: $4 Mbtu

 

Экономичность возобновляемой энергии уже сейчас близка к показателям угольных и газовых станций. Солнечной энергетике, особенно фотоэлектрическим установкам, как следует из диаграммы, нужно снизить стоимость станций впятеро, чтобы конкурировать на равных с другими видами генерации энергии. Технология водородных топливных элементов во всех смыслах пока дорогая. Диаграмма отражает нынешнюю себестоимость генерации, и по прагматическим соображениям из нее как будто видно, кто будет лидером и дальше. Не тут то было.

 

А что, если...

 

Рис. Затраты на электрогенерацию: технологии 2025 г.: лучшие технологии, максимум загрузки, быстрый ввод новых мощностей. Цена за газ: $5,7 Mbtu

 

В Белой книге Международного агентства по энергетике (International Energy Agency), 2002 год, технический прогресс измерялся показателями удешевления капитальных вложений на выработку одного МВт электроэнергии. Была построена экспоненциальная зависимость между ценой энергии и установленной мощностью оборудования по каждому виду технологии электрогенерации. Удвоение мощности, скажем, всех фотоэлектрических станций приведет к удешевлению капитальных затрат на новое строительство на 18%. Еще раз удвоим суммарную генерирующую мощность — получим цифру капиталовложений по сравнению с базовой ((100%–18%)–18%) = 67,2%. В данном случае, 18% — это “коэффициент прогресса”. Для ветровой энергетики этот коэффициент всего 4%. А у органо-топливных технологий он еще ниже — на уровне 2,5-3%.
Из этих соображений в Lockwood Green Corp., США, сделали перерасчет. Поскольку общая установленная мощность новых типов станций еще достаточно низка, эти “пограничные” с точки зрения эффективности технологии обладают существенной способностью к своему росту, а значит, к снижению затрат. Удвоение по всему миру громадной установленной мощности угольных станций означает ее прирост не более чем на 1000 ГВт. А удвоение всемирной мощности фотовольтаических станций означает прибавку на 5 ГВт (по данным отчета Renewables in Global Energy Supply, International Energy Agency, Париж, ноябрь 2002 года).

 

Если будут введены правительственные ограничения по выбросу вредных газов и зольной пыли в атмосферу (а к этому идет), то нынешнюю ценовую эффективность “угольного” электричества надлежит серьезно пересмотреть. Украина, а позднее и Россия, уже присоединились к Киотскому протоколу. На очереди США, там уже ведутся приготовления к подписанию. Согласно протоколу, ограничения могут быть выражены в виде льгот производителям оборудования для “чистых” технологий, скидок потребителям, субсидий энергогенерирующим компаниям, прямых штрафов на старые технологии — “за уголь”, “за газ” и “за нефть”, запрет на модернизацию и, следовательно, вывод отработавших мощностей из эксплуатации. Недавний пример: в Калифорнии, США, уже приняты документы, ограничивающие применение органо-топливной электрогенерации на территории штата, зато дается “зеленая улица” солнечной энергетике, а еще ранее — ветровой.

 

Если учесть, что технический прогресс означает еще и повышение эффективности генерации в сторону достижения теоретического максимума для каждой технологии, учесть коэффициент использования установленной мощности и рассчитать регресс стоимости капиталовложений, сделать поправку на рост цены органического топлива, особенно газа, то диаграмма технологий электрогенерации уровня 2005-2006 резко изменится.

 

К слову, Германия увеличивает мощность своих фотоэлектростанций на 58% ежегодно, что эквивалентно удвоению мощности каждые 15 месяцев. Повторение такого увеличения в масштабах всего мира означает ежегодное снижение капитальных затрат на строительство солнечных станций на 15% безо всякого вмешательства со стороны правительств и протекционизма научно-исследовательских разработок в этой области.

 

В действительности, к 2025 году на солнечных станциях ожидается снижение общей стоимости 1 кВт электричества в 4,9-5,6 раз! Фотоэлектричество будет к 2025 году обходиться не дороже добытого на парогазовых установках и даже дешевле, чем на ядерных станциях, ветровые турбины смогут вовсю соперничать с угольными и IGCC-станциями, поскольку диаграмма для 2025 г. показывает стоимость энергии у места производства, а не у конечного потребителя.

 

Самый пессимистичный прогноз снижения уровня капитальных затрат на 1 кВт мощности через 20 лет колеблется от 15% для ветровых и до 56% для солнечных технологий.

 

В этом суть представленных на Glasstec’06 модулей и решений — они непосредственно работают у потребителей, помимо того выполняют традиционную утилитарную функцию световых проемов и светопрозрачных конструкций для зданий, сооружений, жилья. Широта предложения — от полупрозрачных покрытий оконных стекол до фасадных систем и конструктивных несущих элементов стен, мансард и крыш, от широкоформатных витрин до стеклоблоков, от кремниевых кристаллических фотопреобразователей с высоким КПД до тонкопленочных органических рулонных покрытий и мембран или специальных пигментов, нанесенных прямо на стекло, от непрозрачных ограждений до затеняющих или с регулируемой прозрачностью световых проемов, от внутренних перегородок до декоративных наружных элементов архитектуры, от систем для строящихся зданий до устанавливаемых при ремонте, от мегаполисов до сельских зданий.

 

Утилизация энергии на централизованной фотоэлектрической или фототермальной станции пока не сможет превысить уровень 35-40%. Необходимо максимально приблизить генерацию к месту потребления.

 

Деньги... из окна

 

Будучи объединенной в Grid-систему, оконная энергетика сможет покрыть коммунальные нужды в электроэнергии если не полностью, то их львиную долю. С учетом подогрева теплоносителя в теплое время года и закачки его в подземные резервуары, (т.н. “тепловыми насосами”) реально использовать солнце для обогрева зданий и зимой. Есть решения по аккумулированию тепла специальными остекленными фасадными пакетами в виде многослойного сэндвича, где вовсе нет жидкого или газового теплоносителя, а все компоненты — продукты переработки древесины.. Эти технологии существуют, и они реальны для широкого внедрения и выхода на рынок.

 

Однако практический доступ к экологичной электроэнергетике в Украине пока прочно закрыт либо нормами регулирования и землепользования, отсутствием строительных нормалей и стандартов, либо отказом в целевых субсидиях. Сдвинуть с места лежачий камень на пути широкомасштабного применения возобновляемых технологий электрогенерации — законодательное решение вопросов о приоритетности их развития вопреки мощному лобби энергетических “традиционалистов”, инициатива предпринимателей-стекольщиков в продвижении и организации производства новых изделий и прагматизм негосударственных инвесторов, которым не выгодно вкладывать средства в технологии без будущего.

 

Ожидаемый рост мировых цен на газ и минеральное топливо поворачивает вектор экономической привлекательности в сторону возобновляемых технологий электрогенерации. Среди “зеленых” технологий солнечная энергетика уже стоит на рубеже конкурентоспособности с традиционными способами добычи энергии, включая ядерную.

 



 

Газ под ногами. К 2015 году в России могут исчерпатьсярентабельные запасы нефти. Опыт эксплуатации мини-ТЭЦ в Рос. Система стимулирования. Оптимизация потребления тепловой.

 

Главная >  Энергосбережение 

0.0142