Солнечная энергия - Исследование экономических особенностей использования природных ресурсов

Один из источников энергии - Солнце. По классификации астрономов, Солнце - желтый карлик очень "средняя" для Галактики звезда по своим параметрам: массе, радиусу, температуре и звездной величине. Но это "наша звезда ", которой человечество и обязано своим существованием. Наше светило поставляет Земле мощность около 10 в 17 Вт, обеспечиваемую "солнечным зайчиком" диаметром 12,7 тыс. км, который постоянно освещает обращенную к Солнцу сторону нашей планеты.

Интенсивность солнечного света на уровне моря в южных широтах, когда Солнце находится в зените, составляет 1 кВт/кв. м. Легко сообразить, что при разработке высокоэффективных методов преобразования солнечной энергии Солнце "удовлетворит" бурно растущие потребности в энергии на многие сотни лет.

Между тем у широкого использования солнечной энергии немало противников, их доводы сводятся в основном к двум тезисам:

    - во-первых, удельная мощность солнечной радиации мала, и крупномасштабное преобразование солнечной энергии потребует очень больших площадей; - во-вторых, преобразование солнечной энергии очень дорого, так что широкое ее применение нереально.

Сегодня экономически наиболее оправданы проекты "солнечного дома", на обеспечение энергией которого понадобится топлива на 60% меньше, чем при традиционных системах тепло - и энергоснабжения. В Германии успешно осуществлен проект "2000 солнечных крыш" и разработана прозрачная теплоизоляция зданий и солнечных коллекторов с температурой до 90 С. В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов, а несколько экспериментальных установок мощностью от 0,3 МВт до 6,5 МВт уже включены в общую энергосистему.

Видимо, в альтернативной энергетике наибольшее значение будут иметь солнечные электростанции (СЭС). Они способны решить как локальные задачи энергоснабжения, так и глобальные проблемы энергетики. При заурядном на сегодня кпд 12% всю потребляемую в России электроэнергию можно получить на СЭС с активной площадью около 4000 кв. км (0,024% территории страны).

Наиболее популярны в мире гибридные солнечно-топливные электростанции (их кпд 13,9%, себестоимость электроэнергии 0,1 долл./кВт ч). В США их суммарная мощность в начале 1990-х годов составляла 400 МВт при средней стоимости установок 3 долл./Вт. У так называемых системных электростанций средний КПД выше (до 23%), а стоимость энергии ниже за счет, одновременной выработки электроэнергии и тепла.

В этих СЭС используются стеклянные концентраторы в форпараболических цилиндров высотой до 100 м и апертурой около 6 м, оптическим кпд 81 % и ресурсом работы 30 лет. Если бы Россия располагала подобными системами концентрации излучения, можно было бы считать, что СЭС с избытком обеспечат энергией южные районы страны.

Солнечные элементы используют для освещения, подъема воды, в системах телекоммуникаций, для питания бытовых приборов и в транспортных средствах. Их цена составляет 2,2-3 долл./Вт., а вырабатываемая с их помощью электроэнергия обходится в 0,25-0,5 долл./кВт-ч.

В России есть предприятия, обладающие технологиями и производственными мощностями для изготовления солнечных элементов и модулей. В соответствии с программой "Экологически чистая энергетика" ВИЭСХ разработал конструкции и технологии производства солнечных элементов. Их массовый выпуск был начат в 1992 г. Объединением "Интеграл" в Минске (Беларусь). При специализации нескольких заводов на выпуске солнечных элементов их производство в России к 2010 г. могло бы превысить 2 ГВт в год. Однако для этого, конечно же, необходимы инвестиции (прежде всего - в производство "солнечного" кремния).

Так что уже сегодня очевидно - в будущем все свои потребности человечество станет удовлетворять за счет Солнца.

В принципе мы готовы к строительству СЭС. Максимальные значения выработки электроэнергии за год для СЭС пиковой мощностью 1 МВт в Хабаровске составят 1,85 млрд. кВт-ч, В Читинской области - 1,9 млрд. кВт-ч, в Улан - Удэ - 1,7 млрд. кВт-ч (а при слежении приемников за Солнцем по двум осям - 2,5; 2,6 и 2,3 млрд. кВт ч, соответственно). В Европейской части России оптимальные районы размещения СЭС - побережья Каспийского и Черного морей, Поволжье.

Поскольку удельная стоимость СЭС не зависит от ее размеров и мощности, в ряде случаев целесообразно модульное размещение СЭС на крышах сельских домов, коттеджей, ферм. Собственник СЭС будет продавать электроэнергию энергосистеме в дневное время, и покупать ее по другому тарифу в ночные часы. Преимуществом такого использования помимо поощрения малых и независимых производителей энергии станет экономия конструкций и участков земли, а также совмещение функций крыши и источника энергии. При модульном размещении СЭС мощностью 1 ГВт обеспечит электричеством 500 тыс. сельских домов и коттеджей.

Поскольку 1 кг кремния в солнечном элементе вырабатывает за 30 лет 300 тыс. кВт-ч электроэнергии, нетрудно подсчитать, что 1 кг кремния "эквивалентен" 25 т нефти (с учетом же того, что кпд тепловых электростанций, работающих на мазуте, равен 33%, 1 кг кремния "заменяет" примерно 75 т нефти). Между тем срок службы СЭС можно довести до 50 и даже до 100 лет. Для этого лишь потребуется заменить полимерные герметики более стойкими. При замене же солнечных элементов кремний можно использовать повторно, что сулит почти неограниченные перспективы.

Урок резидентской экономии. Президент США и по совместительству миллионер Дж. У. Буш, принимая в ноябре на своем ранчо в Техасе президента России В. В. Путина, с гордостью поведал ему, что платит за электричество и воду намного меньше соседей. Потому что поставил на ранчо солнечные батареи, коллектор для сбора дождевой воды и геотермальные установки, обеспечивающие немалое хозяйство теплом и горячей водой из недр. По мнению автора проекта архитектора Дэвида Хэйманна, за счет этого рачительный хозяин ранчо экономит на оплате весьма внушительных в США счетов за пользование электричеством, теплом и водой до 75% (т. е. платит вчетверо меньше, чем те, кто не пользуется энерго - и ресурсосберегающими установками и не знает о преимуществах ВИЭ)

Теперь понятно, как край необузданных ковбоев превратился в штат, где необычайных высот достигли нефтепереработка и аэрокосмическая промышленность.

Солнце обогреет дом. В лаборатории нетрадиционной энергетики Института проблем морских технологий ДВО РАН создали автономную установку, использующую солнечную энергию для отопления и горячего водоснабжения небольших домов. Такую установку встраивают в коммуникации, а накопитель солнечной энергии выносят на крышу. Учитывая, что солнце в Приморском крае светит 310 дней в году, а дефицит традиционного топлива и регулярные перебои в энергоснабжении стали не только серьезной экономической, но и острейшей социальной проблемой региона, можно надеяться на то, что подобный автономный источник энергии имеет неплохие перспективы.

Основной узел установки - солнечный накопитель, состоящий из 10 стальных прямоугольных пластин общей площадью 30 мг. покрытых стеклом и соединенных в ряд. Пластины окрашены в черный цвет, чтобы поглощать больше солнечной энергии. Металл, нагреваясь, отдает свое тепло тосолу (жидкости, не замерзающей до 50 ос и используемой для охлаждения в автомобильных двигателях внутреннего сгорания), который циркулирует в трубах, проходящих через накопитель. Тосол, в свою очередь, нагревает бак с водой объемом 1,5 мЗ, в котором постоянно поддерживается температура 50-70 С.

В системе предусмотрен датчик, который следит за температурой тосола. Ночью или в пасмурные дни, когда жидкость сильно остывает, ее автоматически сливают в отдельный резервуар, чтобы она не остужала воду в баке. Когда же солнечный коллектор нагревается сильнее, чем вода в баке, тосол снова используют для подогрева. Мощность системы (летом 20 кВт, зимой - 12) достаточна для обогрева двухэтажного дома общей площадью до 200 кв. м.

Пока такая отопительная система, несмотря на простоту и использование широко распространенных материалов, слишком дорога для большинства жителей Приморья. Но при серийном производстве специалисты рассчитывают на значительное снижение цены и полагают, что установка может быть востребована. Страна у нас большая - обогревать ее централизованно все труднее, поэтому автономные энергоустановки во многих случаях незаменимы. Например, 25% населения Приморского края не имеют центрального отопления. На снабжение теплом 140 тыс. частных домов, 150 тыс. дачных построек и 2,5 тыс. ферм ежегодно тратится 500 тыс. т угля. Солнечная установка экономит в год 7,8 т угля и избавляет от выбросов в атмосферу 10-20 т углекислого газа и немалого количества гораздо более неприятных загрязняющих веществ.

Источники энергии - обои. Американские исследователи разработали технологию, позволяющую нанести на любую поверхность тончайшие пленки солнечных батарей. Правда, кпд таких элементов примерно вчетверо ниже, чем у традиционных кремниевых преобразователей, зато они значительно проще и дешевле в производстве. Необычные батареи, созданные в Университете штата Аризона, представляют собой многослойную полимерную пленку, содержащую так называемые фуллерены полые молекулы углерода из 60, 80, 180, 240 или даже 560 атомов, по форме напоминающие футбольный ч. Фуллерены - одна из форм существования углерода (как алмаз и графит). Возможно, вскоре солнечные батареи будут покупать рулонами, как обои.

Таблица 4. Динамика мирового производства солнечных фотоэлектрических модулей, включая прогноз на ближайшие 10 лет.

Годы

МВт

Годы

МВт

1975

0,2

1995

80

1988

31,5

1996

80

1989

38

1997

127

1990

48

1998

1,53

1991

50

1999

200

1992

58

2000

260

1993

63

2005

650

1994

70

2010

1700

Похожие статьи




Солнечная энергия - Исследование экономических особенностей использования природных ресурсов

Предыдущая | Следующая