Фотоэнергетика в мире

Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии в настоящее время является одним из приоритетных направлений использования солнечной энергии, что обусловливается следующим:

• возможностью получения электроэнергии практически в любом районе;
• экологической чистотой преобразования энергии;
• значительным сроком службы;
• небольшими затратами на обслуживание;
• независимостью эффективности преобразования солнечной энергии от установленной мощности.

Фотоэлектрические источники энергии применяются для питания потребителей в широком интервале мощностей: от мини-генераторов для часов и калькуляторов мощностью в несколько ватт до центральных электростанций мегаваттной мощности.

В настоящее время процесс прямого преобразования солнечной энергии в электрическую используют во всем мире; уровень развития фотоэлектрического метода преобразования солнечной энергии повышается быстрыми темпами.

Рынок фотоэнергетики. По данным мирового энергетического совета, солнечные фотоэлектропреобразователи для производства электроэнергии применялись в начале 90-х годов в 24 странах мира, причем, только в семи из них (Испания, Мексика, Норвегия, Франция. Китай, Южная Корея, Канада) в 1990 г. было выработано более 16 млрд кВт • ч электроэнергии. Стоимость СФЭП в 1993 г. составляла от 3,50 до 4,75 долл. США/Вт, что обеспечивало производство электроэнергии по себестоимости от 25 до 40 цент/кВт — ч. Быстрое повышение экономических показателей СФЭП сопровождалось увеличением коэффициента полезного действия и повышением эффективности их производства, оказывало сопействие ускоренному наращиванию выпуска СФЭП — от 65 МВт в 1980 г. до 120 МВт в 1997 г. Объемы ежегодной продажи солнечных фотопреобразовательных модулей в мире с 1983 по 1997 гг. Видно, что объемы ежегодной продажи солнечных фотопреобразователей в мире постепенно возрастали с 1983 по 1996 г.; в 1997 г. значительно увеличилось количество проданных модулей СФЭП — почти в полтора раза.

По прогнозам на 2010 г. предусматривается доведение стоимости 1 кВт установленной мощности СФЭП до 17 тыс. долл. США; цена электроэнергии, выработанной СФЭП, будет составлять 8… 10 цент/кВт ч, на 2020 г. предусматривается доведение стоимости 1 кВт установленной мощности СФЭП до 1 тыс. долл. США; цены электроэнергии, выработанной СФЭП, — до 4…5 цент/кВт • ч.

Солнечные электростанции. Мировая практика эксплуатации СЭС башенного типа показала их техническую целесообразность и трудоспособность. Однако реальная цена таких СЭС из-за их большой материалоемкости (металлоконструкции, бетон, зеркала) оказалась высокой — 10…15 тыс. долл. США за 1 кВт пиковой мощности. Этим объясняется снижение интереса к башенным СЭС. Существующие СЭС башенного типа или законсервированы до более благоприятной экономической ситуации (когда высокая стоимость будет оправдана экологическими аспектами), или превращены в экспериментальные полигоны по внедрению солнечных технологий. Сооружение СЭС башенного типа может стать целесообразным лишь при снижении удельных капиталовложений до уровня 130 % стоимости атомных электростанций.

Успешное развитие получили термодинамические солнечные станции с распределенным параболоцилиндрическим приемником.

Стоимостная оценка. Удельная стоимость СЭС модульного типа составляет около 110…130% стоимости АЭС, а в случае применения для концентрации излучения параболоидов из посеребренного стеклопластика вместо параболоидов со стеклянным покрытием снизится до стоимости АЭС. При этом необходимо отметить, что стоимость энергии на АЭС в связи с мероприятиями по повышению безопасности постоянно возрастает.

В Украине в 1986 г. построена и введена в действие солнечная электростанция в Крыму мощностью 5 МВт, которая эксплуатировалась до 1993 г. Для концентрации солнечной энергии на центральном приемнике-парогенераторе, выполненном в виде открытого цилиндра, использовалось 1600 плоских зеркал; площадь каждого из зеркал 25,5 м2, коэффициент отражения — 0,71.

Крымская солнечная электростанция СЭС-5 создавалась как экспериментальная для апробации технологии термодинамического преобразования солнечной энергии в электрическую, натурных испытаний новых типов гелиотехнического и энергетического оборудования. Проектом предусматривалось, что себестоимость электроэнергии будет составлять 56 коп. за 1 кВт • ч (отпускная цена на электроэнергию традиционных электростанций составляла 1,5 коп. за 1 кВт • ч). Эксплуатация СЭС-5 показала, что метеорологические особенности района ее размещения и технические решения, положенные в основу при создании Крымской солнечной станции, не обеспечили достижения даже проектных показателей ее работы, а себестоимость электроэнергии составляла до 7 руб. (1990 г.) за 1 кВт — ч. При проектировании допущены просчеты в оценке потока солнечной энергии, который должен был обеспечить эффективное функционирование станции; даже в наиболее благоприятные годы станция вырабатывала электрической энергии меньше, чем потребляла на собственные нужды. В связи с этим продолжение эксплуатации электростанции в неизменном виде стало нецелесообразным, и с 1993 г. станция законсервирована.

Солнечное теплоснабжение. Общие тенденции. Использование солнечной энергии для горячего водоснабжения и отопления является наиболее эффективным и отработанным, Сейчас мировая потребность в низкопотенииальной энергии составляет 30…50 % общей потребности в энергии.

Эффективность теплоэнергетического преобразования плоского СК определяется следующими факторами:

• высокой поглощающей способностью абсорбера коротковолнового солнечного излучения и при этом низким собственным инфракрасным излучением;
• эффективной теплоизоляцией в кондуктивно-конвективном трактах теплообмена абсорбер—окружающая среда. Мировой опыт. В связи с этим во многих странах, особенно в Австралии, США, Японии и Израиле, значительно расширен выпуск солнечных нагревателей. Реализация современных технических достижений в области использования энергии Солнца позволяет уменьшить затраты на некоторые технологические операции в сельском хозяйстве на 40…60 %.

Солнечные системы теплоснабжения обеспечивают экологическую чистоту в процессе производства тепловой энергии при минимальных требованиях к эксплуатации, невысокой цене (до 60…250 долл. США/м2 коллектора) и длительном сроке службы (до 15…20 лет), поэтому объем их использования в мире интенсивно возрастает.

В соответствии с данными Европейской федерации по солнечной энергии после принятия в ряде европейских стран в 1991 г. стимулирующего законодательства, темпы ежегодного прироста числа солнечных коллекторов составляют 18…23 %, что позволило большинству стран ЕС в 1995 г. перейти рубеж использования СК, составляющий 0,1 м2/чел. В на стоящее время в Европе этот показатель находится в пределах 0,05…0,5 м2/чел., в США около 0,1 м2/чел.; наибольшие значения этого показателя на Кипре — 0,8 м2/чел. и в Израиле — 0,6 м2/чел.

Ведущие позиции как в разработке систем гелиотепло-потребления, так и в промышленном производстве коллекторов солнечной энергии занимают: США (выпускается более 1,6 млн м2 коллекторов в год и более 18 млн м2 коллекторов уже введено в эксплуатацию); страны Западной Европы и Япония (соответственно введено в эксплуатацию 5,9 млн м2 и 11 млн м2 гелиоколлекторов).

Промышленным производством коллекторов солнечной энергии занимаются в основном средние и мелкие фирмы, которых, например, только в США насчитывается более двухсот. Основные усилия фирм-разработчиков направлены на улучшение технико-экономических показателей за счет снижения себестоимости коллектора при высоких теплофизических показателях, на снижение материалоемкости и увеличение срока службы. Ряд стран (например, Германия, Китай) пошли по пути централизованного выпуска поглотителей тепловой энергии из алюминиевой и медной фольги, что позволяет снизить себестоимость их изготовления на 20 %.

Данные по продаже солнечных тепловых установок и производству тепловой энергии в 1994 г. представлены в табл. П. 2.3.

За 1998 г. продано солнечных коллекторов: Бельгия — 3000 м2, Израиль — 180 000 м2, Финляндия — 500 м2, Франция — 3000 м2, Австрия — 197 000 м2, Германия — 350 000 м2, Греция — 150 000 м2.

В странах ЕС в 2013 г. планируется внедрение 15 млн м2 солнечных коллекторов.

В Украине достаточно активно проводятся работы по созданию гелиотехнического оборудования; отдельные образцы, подготовленные к серийному выпуску, имеют достаточно высокие технико-эксплуатационные характеристики, приемлемую стоимость и отвечают уровню мировых разработок.

Основным фактором, сдерживающим широкое использование гелиотехнического оборудования в Украине, является отсутствие их в продаже на внутреннем рынке, прежде всего для индивидуального потребителя. В свою очередь внедрение СК в производство в Украине, с учетом высоких и постоянно растущих цен на материалы, сдерживается отсутствием стимулирующей государственной политики в этом вопросе.

Дата публикации: 23.03.2013

Похожие записи:

• Состояние и направления развития солнечной энергетики Украины
• Системы комбинированного солнечного теплоснабжения
• Системы пассивного солнечного теплоснабжения
• Системы активного солнечного теплоснабжения
• Солнечное теплоснабжение
• Солнечные электростанции