Развитие солнечной энергетики в РФ

В Одна тыща девятьсот 70 четыре году компания Симменс (Германия) и в Одна тыща девятьсот восемьдесят 5 году компания Элкем (Норвегия), вместе с компаниями США Дау Корнинг и Эксон сказали о окончании разработки технологии получения солнечного кремния карботермическим восстановлением особо незапятнанных кварцитов с КПД солнечных частей 10,8-11,8%.

Существует обширно распространенное мировоззрение, что солнечная энергия является экзотичной и ее практическое использование-дело отдаленного грядущего (после 2020г).

В данной работе мы покажем, что это не так и что солнечная энергия является суровой кандидатурой классической энергетике уже в текущее время.

До того как ассоциировать разные энерго технологии по экономическим и другим характеристикам, нужно найти их действительную цена, так как действовавшие в РФ цены на горючее и энергию в последние 70 лет не отражали реальные издержки на их создание. Только при обычном ценообразовании будут действовать экономические стимулы, направление на сбережение энергии и создание новых технологий в энергетике.

В данной работе мы будем опираться на мировые цены, хотя по сей день ни в какой стране мира значимая часть цены производства энергии не отражается в тарифах на энергию, а распределяется на издержки собственного общества.

Понятно, что каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее появляется в природных критериях за Два млн.лет Огромные темпы употребления невозобновляемых энергоресурсов по относительно низкой стоимости, которые не отражают реальные совокупные издержки общества, по существу означают жизнь в займы, кредиты у будущих поколений, которым не будет доступна энергия по таковой низкой стоимости.

Другая составляющая цены энергии, которая распределяется на все общество и не врубается в тарифы за энергию,связана с загрязнением среды энергетическими установками

Выбросы термических электрических станций состоят, в главном, из углекислого газа, который несет ответственность за оранжерейный эффект и изменение климата и, к примеру, приводит к засухе в районах производства зерна и картофеля. Другие выбросы включают окислы серы и азота, которые в атмосфере преобразуются в серную и азотную кислоты и ворачиваются на землю со снегом либо в виде кислотных дождиков. Завышенная кислотность воды привод к понижению плодородия земли, уменьшению рыбных припасов и засыханию лесов, повреждению строй конструкций и построек. Ядовитые томные металлы, такие как кадмий, ртуть, свинец, могут растворяться кислотами и попадать в питьевую воду и сельскохозяйственные продукты. Существует большая неопределенность в определении реальной цены электроэнергии, получаемой от атомных электрических станций. Можно утверждать, что реальные цены в атомной энергетике будут определены после того, как будут решены вопросы безопасности АЭС и ядерных технологий по получению горючего и захоронения отходов и разработаны принципы воззвания с оборудованием, зданиями и сооружениями АЭС, выводимыми из эксплуатации через 30 лет работы, и эти цены будут выше имеющихся.

Наши и забугорные оценки прямых соц издержек, связанных с вредным воздействием электрических станций, включая заболевания и понижение длительности жизни людей, оплату мед обслуживания, утраты на производстве, понижение урожая, восстановление лесов и ремонт построек в итоге загрязнения воздуха, воды и земли дают величину добавляющую около 75% глобальных цен на горючее и энергию. По существе это издержки всего общества-экологический налог, который платят граждане за несовершенство энергетических установок, и этот налог должен быть включен в цена энергии для формирования муниципального фонда сбережения энергии и создание новых экологически незапятнанных технологий в энергетике.

Если учитывать эти сокрытые на данный момент издержки в тарифах на энергию, то большая часть новых технологий возобновляемой энергетики становится конкурентными с существующими технологиями. Сразу появится источник финансирования новых проектов по экологически незапятанной энергетике. Конкретно таковой экологический налог в размере от 10 до 30% от цены нефти введен в Швеции, Финляндии, Нидерландах и, может быть, в Одна тыща девятьсот девяносто три г. он будет введен в Германии и странах ЕЭС. Мы хотим предложить правительству РФ изучить и использовать этот опыт при подготовке закона об сбережении энергии.

Геотермальные, ветровые и гидроэлектростанции имеют конкурентные экономические свойства при любом уровне мощности, который ограничен только наличием соответственных энергоресурсов.Геотермальная энергетика при серьезном рассмотрении не является возобновляемой, ее способы являются классическими и в данной работе не рассматриваются. Потенциал ветровой и гидроэнергии составляют соответственно 0,02% и 0,07% от солнечной энергии и позволяют обеспечивать энергией локальных и региональных потребителей при суммарной мощности до нескольких сотен и тыщ мегаватт.

Энергосберегающие технологии для солнечного дома являются более применимыми по экономической эффективности их использования. Их применение дозволит понизить энергопотребление в домах до 60%. В качестве примера удачного внедрения этих технологий можно отметить проект 2000 солнечных крыш в Германии.

В США солнечные водонагреватели общей мощностью Одна тыща четыреста МВт установлены в 1,5 млн. домов. В Германии разработана новенькая разработка прозрачной термоизоляции построек и солнечных коллекторов с температурой 90-50 гр.С.

При приближении к мировым ценам становятся экономически применимыми технологии получения газа и моторного горючего из биомассы. К примеру, опыты демонстрируют, крестьянин, имеющий посевы рапса и рапсовое масло, может быть независящим от поставок моторного горючего. В регионах, богатых тоРФом и древесной породой и имеющих недостаток моторного горючего, технологии газификации, получение этанола и метанола позволят использовать газ и синтетическое горючее в дизельных электрогенераторах и автомобилях. Отсутствие экономически применимых технологий аккумулирования сдерживает обширное внедрение водорода и электронного транспорта. Но поисковые работы в этой области ведутся очень активно и не исключено, что в наиблежайшие годы будут предложены новые решения, как это вышло в системах преобразования и передачи электронной энергии. В 1992г. в ВИЭСХе (Всесоюзный институт электрификации сельского хозяйства) вместе с ВЭИ ( Всесоюзный энергетический институт) (создатель Авраменко С.В.) разработан и испытан эталон таковой системы мощностью 1,5 кВт, в 1993г. мы возлагаем надежды прирастить ее мощность до 100 кВт. Кроме понижения числа проводов до 1-го ЛЭП фактически не имеет джоулевых утрат и утрат на корону и создатели рассчитывают, что обозначенные характеристики сохранятся при увеличении уровня передаваемой мощности до 10 ГВт и поболее.

Солнечные электростанции могут быть применены как для решения локальных энергетических задач, так и глобальных заморочек энергетики. При КПД солнечной электростанции (СЭС) 12% все современное потребление электроэнергии в РФ может быть получено от СЭС активной площадью около Четыре тыщи кв.м, что составляет 0.024% местности.

Более практическое применение в мире получили гибридные солнечно-топливные электростанции с параметрами: КПД 13,9%, температура пара Триста 70 один гр.С. давление пара 100 бар, цена вырабатываемой электроэнергии 0,08-0,12 долл/кВт.ч, суммарная мощность в США Четыреста МВт при цены Три долл/Вт. СЭС работает в пиковом режиме при отпускной стоимости за Один кВт.ч электроэнергии в энергосистеме: с Восемь до Двенадцать час.-0,066 долл. и с Двенадцать до Восемнадцать час.- 0,353 долл. КПД СЭС может быть увеличен до 23% — среднего КПД системных электрических станций, а цена электроэнергии снижена за счет комбинированной выработки электронной энергии и тепла.

Главным технологическим достижением этого проекта является создание Германской компанией Flachglass Solartechnik GMBH технологии производства стеклянного параболоцилиндрического концентратора длиной 100 м с апертурой 5,76 м. оптическим КПД 81% и ресурсом работы 30 лет [16]. При наличии таковой технологии зеркал в РФ целенаправлено общее создание СЭС в южных районах, где имеются газопроводы либо маленькие месторождения газа и ровная солнечная радиация превосходит 50% от суммарной.

Принципно новые типы солнечных концентратов, использующие технологию голографии, предложены ВИЭСХом. Его главные характеристики-сочетание положительных свойств солнечных электрических станций с центральным приемником модульного типа и возможность использования в качестве приемника как обычных паронагревателей, так и солнечных частей на базе кремния.

Одной из более многообещающих технологий солнечной энергетики является создание фотоэлектрических станций с солнечными элементами на базе кремния, которые конвертируют в электронную энергию прямую и рассеянную составляющие солнечной радиации с КПД 12-15%. Лабораторные эталоны имеют КПД 23%. Мировое создание солнечных частей превосходит 50 МВт в год и возрастает раз в год на 30%.

Современный уровень производства солнечных частей соответствует исходной фазе их использования для освещения, подъема воды. телекоммуникационных станций, питания бытовых устройств в отдельных районах и в транспортных средствах. Цена солнечных частей составляет 2,5-3 долл/Вт при цены электроэнергии 0,25-0,56 долл/кВт.ч. Солнечные энергосистемы подменяют керосиновые лампы, свечки, сухие элементы и батареи, а при значимом удалении от энергосистемы и малой мощности нагрузки — дизельные электрогенераторы и полосы электропередач.

Мировые достоверные припасы урана оцениваются в Два миллиона семьсот шестьдесят три тыщи т. Урановый топливный цикл, включающий создание гексафторида урана, существенно труднее и опаснее хлорсиланового метода получения солнечного кремния. Беря во внимание рассеянность и маленькое содержание урана в земной коре по сопоставлению с кремнием, тяжело осознать, почему урановое горючее для атомных реакторов и кремний для солнечных электрических станций имеют схожую цена. Есть несколько обстоятельств, объясняющих такую ситуацию. В развитие технологии и производства урана вложены миллиардные средства, которые выделялись, в главном, по военным программкам и объемы производства урана в 6 раз превосходят объемы производства солнечного кремния.

При модульном размещении СЭС Один млн.кВт способна обеспечить электроэнергией 500 тыщ сельских домов и особняков.

В США существует несколько экспериментальных фотоэлектрических станций мощностью от 0,3 МВт до 6,5 МВт, работающих на энергосистему. 2-ая фаза массового производства и использования СЭС в энергосистеме связана с созданием технологий и материалов, позволяющих понизить цена установленной мощности приблизительно в 5 раз, до 1-2 долл/Вт, а цена электроэнергии до 0,10-0,12 долл/кВт.ч. Принципным ограничением для такового понижения цены является высочайшая цена кремния солнечного свойства — 40-100 долл/кг. Потому создание новых технологий получения кремния, обеспечивающих радикальное — на порядок — понижение его цены, является задачей номер один в списке других технологий в энергетике. Ситуацию с солнечным кремнием можно сопоставить с ситуацией с алюминием после его открытия в 1825г. когда он стоил как серебро и употреблялся для украшений. Только после разработки технологии электролиза в Одна тыща восемьсот восемьдесят 6 г. алюминий стал дешевеньким и легкодоступным материалом.

Хлорсилановая разработка производства солнечного кремния, разработанная около 30 5 годов назад, по сей день фактически не поменялась, сохранив все отрицательные черты хим технологий 50-х годов: высочайшая энергоемкость, маленький выход кремния, экологическая опасность.

Основной материал для производства кремния — кремнезем в виде кварцита либо кварцевого песка, составляет 12% от массы литосферы. Большая энергия связи Si-0 — Четыреста шестьдесят четыре кДж/моль обуславливает огромные энергозатраты на реакцию восстановления кремния и следующую его чистку хим способами — Двести 50 кВт.ч/кг, а выход кремния составляет 6-10%.

С Одна тыща девятьсот 70 года в СССР, Германии, Норвегии и США проводились исследования по созданию технологий получения кремния, исключающих хлорсилановый цикл. После двухгодового цикла исследовательских работ в СССР эти работы были исключены из государственной программки.

Общее количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превосходит энергию всех глобальных припасов нефти, газа, угля и урана [1,2]. И в РФ больший теоретический потенциал, более Две тыщи миллиардов. тонн условного горючего (т.у.т.), имеет солнечная энергия. Невзирая на таковой большой потенциал в новейшей энергетической программке РФ вклад возобновляемых источников энергии на Две тыщи г определен в очень малом объеме — 15-19 млн.т у.т.

При выборе места расположения СЭС на местности РФ применены данные метеостанций Астрахань, Сочи, Хужер (Байкал), Улан-Удэ, Борзя (Читинская область), Каменная степь (Воронежская область), Оймякон (Якутия), Хабаровск, Нижний Новгород.

В Одна тыща девятьсот девяносто году КПД частей из солнечного кремния составил 14,2% по сопоставлению с 14,7% из хлорсиланового кремния. Разработка Симменс предугадывала внедрение особо незапятнанных кварцитов с содержанием примесей 20.10 по массе. Нашими совместными исследовательскими работами с компанией Симменс показано, что качество русских кварцитов одно из самых больших в мире, а имеющиеся припасы достаточны для производства солнечных фотоэлектрических станций мощностью более Одна тыща ГВт.

Новенькая разработка производства кремния солнечного свойства способом прямого восстановления из природно-чистых кварцитов имеет последующие свойства: расход электроэнергии 15-30 кВт.ч/кг, выход кремния 80-85%, цена кремния 5-15 долл/кг. В случае внедрения этой технологии в широких масштабах цена солнечных частей и модулей составит 0,7-1,4 долл/Вт и 1,0-2,0 долл/Вт соответственно, а цена электроэнергии 0,10-0,12 долл/кВт.ч. В новейшей технологии хим способы изменены на экологически применимые электрофизические способы.

Развитие солнечной энергетики в РФ

Так как кремний занимает в земной коре по массе 2-ое место после кислорода, можно представить, что от первобытных людей с простыми кремниевыми орудиями труда население земли через тыщи лет перебегает к периоду, в каком в качестве конструкционных материалов будут применены керамика, стекло, силикатные и композиционные материалы на базе кремния, а в качестве глобального источника энергии — кремниевые солнечные электростанции. Препядствия дневного и сезонного аккумулирования, может быть, будут решены при помощи солнечно-водородной энергетики, также широтного расположения солнечных электрических станций и новых энергосберегающих систем передачи меж ними.

В Одна тыща девятьсот девяносто два году на 2-ух заводах объединения Интеграл в г. Минске освоено общее создание солнечных частей по технологии, разработанной в согласовании с программкой Экологически незапятнанная энергетика во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии. Производственные мощности этих заводов позволяют выпускать раз в год 1-2 МВт солнечных частей и модулей без перестройки основного производства. В случае специализации нескольких заводов на выпуске солнечных частей в РФ объем производства к Две тыщи г. может превысить Двести МВт в год, а к Две тыщи 10 г. — Две тыщи МВт в год. Но для этого нужна муниципальная вкладывательная поддержка новых энергетических технологий, сначала технологии производства солнечного кремния. Имеющиеся в Министерстве горючего и энергетики умеренные деньги следует растрачивать не на демо проекты, а на создание новых технологий, оборудования и производственных мощностей. В качестве примера можно привести проект солнечной электростанции в Кисловодске мощностью Один МВт. Ее цена в ценах Одна тыща девятьсот девяносто два года составляет Один миллиардов.руб. По нашим оценкам, этих средств довольно для сотворения в течение 3-4 лет производства солнечных частей по новейшей технологии с объемом 10 МВт в год, включая создание солнечного кремния.

Развитие фотоэлектрической отрасли индустрии востребует, кроме солнечного кремния, сотворения производства специального закаленного стекла с низким содержанием железа, дюралевого проката, электрических регулирующих устройств. В РФ надлежащие производственные мощности имеются.

Развитие солнечной энергетики в РФ

Понятно, что солнечная электрическая станция, работающая на энергосистему, может не иметь дневного и сезонного аккумулирования, если ее мощность составляет 10-15% от мощности энергосистемы. Это соответствует мощности СЭС 40 ГВт, для размещения которой будет нужно площадь солнечных частей около Четыреста км. Потребности в материалах для СЭС мощностью Один млн.кВт представлены в таблице 16. Для расчета выработки электроэнергии СЭС разработан метод, реализованный на языке FORTRAN в виде программки SVET. В состав последней входят подпрограмма GIS, разработанная с внедрением результатов работ 30,31 и позволяющая высчитать гистограммы часовых значений инсоляции, и подпрограмма TILT для расчета облученности различно нацеленных наклонных поверхностей, в том числе и в следящих системах. Употребляется анизотропная модель рассеянной солнечной радиации.

Для каждого часа эксплуатации определялась плотность рассредотачивания вероятности для мощности солнечного излучения, приходящего на поверхность СЭС.

Для средних долголетних месячных сумм суммарной радиации ошибка, при доверительной вероятности 0,9 и за период осреднения 30 лет, не превосходит 8%. Для метеостанций с наименьшим периодом осреднения она может возрасти в 1,5-2 раза.

Погрешность оценки часовых сумм суммарной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность, составляет 5-7%.

По нашей оценке, приобретенной прямым сопоставлением экспериментальных данных по поступлению солнечной радиации на наклонные поверхности и расчетных результатов для этих же поверхностей (программка SVET), погрешность в фактически принципиальных случаях не превосходит 18%. При всем этом, почти всегда, погрешность расчета составляет от Один до Восемь %.

В Одна тыща девятьсот восемьдесят восемь году о разработке солнечной технологии сказали японские конторы Nippon sheet glass, Kawasaki Steel Corp.

Расчет и опыт эксплуатации СЭС указывает, что почасовая выработка электроэнергии, пропорциональная изменению солнечной радиации в течение дня, в значимой степени соответствует дневному максимуму нагрузки в энергосистеме.

Наибольшие значения выработки электроэнергии за год для СЭС пиковой мощностью Один млн.кВт получены при южной ориентации с углом наклона к горизонту 40 5 гр. для г. Хабаровска 1,846 миллиардов. кВт.ч, для г.Борзя Читинской области 1,898 миллиардов.кВт.ч, для г.Улан-Удэ 1,703 миллиардов. кВт.ч, а при слежении по двум осям соответственно 2,51 миллиардов.кВт.ч, 2,607 и 2,345 миллиардов.кВт.ч. В европейской части РФ рациональные районы размещения СЭС — это побережье Каспийского и Темного морей, Поволжье. Площадь центральной СЭС приблизительно вчетверо превосходит активную площадь солнечных частей.

Так как удельная цена СЭС не находится в зависимости от ее размеров и мощности, в ряде всевозможных случаев целенаправлено модульное размещение СЭС на крыше дома в сельской местности, коттеджа, фермы. Собственник СЭС будет продавать электроэнергию энергосистеме в дневное время и брать ее у энергетической компании по другому счетчику в ночные часы. Преимуществом такового использования, кроме политики поощрения малых и независящих производителей энергии, является экономия на опорных конструкциях и площади земли, также совмещение функции крыши и источника энергии.

Содержание кремния в земной коре составляет 29,5% (8.10 т) и превосходит содержание алюминия в 3,35 раза. В Земле содержится 15,2% кремния по массе, что соответствует умопомрачительной массе 9,08.10 т. Солнечный кремний с чистотой 99,99% стоит столько же, сколько уран для АЭС, хотя содержание кремния в земной коре превосходит содержание урана в 100 тыщ раз.

В заключение остановимся на неких общих догадках относительно путей развития мировой цивилизации. Экономические законы и опыт развития дают подсказку, что рациональная структура использования природных ресурсов в длительной перспективе стремится к структуре имеющихся их припасов на Земле.

В РФ в текущее время имеется восемь компаний, имеющих технологии и производственные мощности для производства Два МВт солнечных частей и модулей в год.

Беря во внимание, что Один кг кремния в солнечном элементе производит за 30 лет Триста МВт.ч электроэнергии, просто подсчитать нефтяной эквивалент кремния. Прямой пересчет электроэнергии Триста МВт.ч с учетом теплоты сгорания нефти 43,7 МДж/кг дает 20 5 т нефти на Один кг кремния. Если принять КПД ТЭС, работающей на мазуте, 33%, то Один кг кремния по вырабатываемой электроэнергии эквивалентен приблизительно 70 5 тоннам нефти.

В связи с высочайшей надежностью срок службы СЭС по основной компоненте — кремнию и солнечным элементам может быть увеличен до 50-100 лет. Для этого будет нужно исключить из технологии герметизации полимерные материалы. Единственным ограничением может явиться необходимость их подмены на более действенные. КПД 25-30% будет достигнут в производстве в наиблежайшие 10-20 лет. В случае подмены солнечных частей кремний может быть применен повторно и количество циклов его использования не имеет ограничений во времени.