СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

АННОТАЦИЯ

Технология использования сил природы для выполнения работы по удовлетворению человеческих потребностей столь же стара, как и первый парусный корабль. Но внимание переключилось с возобновляемых источников, поскольку промышленная революция прогрессировала на основе концентрированной энергии, заключенной в ископаемое топливо. Это усугублялось растущим использованием сетчатой электроэнергии на основе ископаемого топлива и важностью портативных источников энергии высокой плотности для транспорта - эпоха нефти.

Сегодня мы хорошо продвинулись в решении этой задачи, а также тестируем практические ограничения для этого. В последние десятилетия ветровые турбины значительно развивались, солнечные фотоэлектрические технологии намного более эффективны, и есть улучшенные перспективы использования энергии в приливах и волнах. Солнечные тепловые технологии, в частности (с некоторым накоплением тепла), имеют большой потенциал в солнечном климате. Благодаря поощрению правительства к использованию ветряных и солнечных технологий их стоимость снизилась и теперь находится в той же лиге за киловатт-час, что и рост затрат на технологии использования ископаемого топлива, особенно с учетом вероятных платежей за выбросы углерода при выработке электроэнергии из них.

Ключевые слова: солнечная энергетика, электростанция, инвестиции, энергия, технологии.

Солнечная энергия легко используется для низкотемпературного нагрева, и во многих местах бытовые устройства горячей воды (с накоплением) регулярно используют ее. Это также используется просто разумным дизайном зданий и многими способами, которые принимаются как должное. В промышленности, вероятно, основное использование в производстве солнечной соли - около 1000 ПДж в год только в Австралии (что эквивалентно двум третям потребления нефти в стране). Он все чаще используется на промышленных предприятиях, в основном фотоэлектрических (PV). Бытовые PV широко распространены.

В статистике IRENA 2017 в 2016 году солнечная мощность составляла 296 ГВт (по сравнению с 225 ГВт в 2015 году), что позволило получить 256 ГВт-ч - средний коэффициент мощности 13 %. Из общего количества 2016 года 291 ГВт (98 %) были солнечными фотоэлектрическими.

Три метода преобразования лучистой энергии Солнца в электричество находятся в центре внимания.

Самый известный метод использует свет, в идеале он воздействует на фотоэлементы производящие электричество. Версии с плоскими пластинами могут быть легко установлены на зданиях без какого-либо эстетического вмешательства или использования специальных опорных конструкций. Солнечная фотоэлектрическая система (PV) в течение нескольких лет находила применение для определенного сигнального и коммуникационного оборудования, такого как удаленное телекоммуникационное оборудование в Австралии или просто там, где подключение к сети неудобно. Продажи солнечных фотоэлектрических модулей сильно растут по мере повышения их эффективности и падения цен в сочетании с финансовыми субсидиями и стимулами. В 2012 году установленная в мире мощность фотоэлектрического оборудования достигла рубежа в 100 ГВт, при этом в этом году было установлено 30,5 ГВт, а в конце 2016 года она достигла 291 ГВт. Солнечные фотоэлектрические системы общего масштаба достигли средневзвешенного значения в мире около 135 долл. / МВтч (13,5 с / кВтч) для проектов, завершенных в 2015 году. В World Energy Outlook 2017Новый сценарий политики, 2067 ГВт солнечной фотоэлектрической мощности (и намного меньше CSP) будет введен в эксплуатацию в 2040 году, производя 3162 ТВтч (коэффициент мощности 17,5%). В сценарии устойчивого развития солнечная фотоэлектрическая мощность достигнет 3246 ГВт, что составит 5265 ТВтч.

В Германии 1,5 миллиона солнечных фотоэлектрических установок в 2015 году имели суммарную мощность 40 ГВт и выдали 38,7 ТВт-ч электроэнергии - коэффициент мощности 11 %. Мощность в 2016 году составила 41 ГВт. В летние будние дни солнечное излучение покрывает до 35 % потребностей сети Германии и почти 50 % в выходные дни. В Италии более солнечно, и в 2015 году было установлено 18,9 ГВт, что позволило получить 22,9 ТВт-ч - коэффициент использования 13,8 %. Мощность в 2016 году увеличилась до 19,2 ГВт.

В Восточной Азии в Китае в 2015 году было установлено 44 ГВт электроэнергии, что позволило получить 39,7 ТВт-ч - коэффициент мощности 10,3 %. Мощность в 2016 году резко возросла до 78 ГВт. В Японии в 2015 году было установлено 33 ГВт, что позволило получить 37,9 ТВт-ч - коэффициент мощности 13,1 %. Мощность в 2016 году увеличилась до 41,6 ГВт.

В США в 2015 году было установлено 24,4 ГВт, что позволило получить 31,2 ТВт-ч - коэффициент мощности 14,6 %. Мощность в 2016 году увеличена до 33 ГВт. (все данные IRENA)

Многие солнечные фотоэлектрические станции подключены к электрическим сетям в Европе и США, а теперь и в Китае.

Большую эффективность можно получить, используя концентрированную солнечную фотоэлектрическую систему (CPV), где какое-то параболическое зеркало отслеживает солнце и увеличивает интенсивность солнечной радиации до 1000 раз. Модули обычно 35-50 кВт. В Австралии Silex SolarSystems для Милдьюра в Виктории запланировала демонстрационную установку мощностью 2 МВтэ, за которой следовала электростанция CPV с плотностью массива 102 МВт , с обещанной поддержкой правительства в размере 125 миллионов долларов США. Предполагаемая стоимость электроэнергии составляет менее 15 центов / кВтч. Silex заявил, что эффективность конверсии составляет 34,5 %, с целью 50 %. Этот проект был заброшен в 2015 году из-за невозможности найти инвестиционный капитал.

В США Boeing лицензировал свою технологию высококонцентрированной PV (XCP7) XR700 для компании Stirling Energy Systems с целью коммерциализации ее для установок мощностью менее 50 МВт с 2012 года. Ячейки HCPV в 2009 году достигли мирового рекорда по эффективности солнечного элемента наземного концентратора, на 41,6 %. CPV может также использоваться с конфигурацией гелиостата, с башней среди поля зеркал.

В 2011 году несколько калифорнийских заводов, планировавших солнечные тепловые установки, изменили планы на солнечные фотоэлектрические системы - см. Упоминание Блайта, Имперской долины и Калико ниже.

Китайская солнечная электростанция Golmud мощностью 200 МВт была введена в эксплуатацию в 2011 году и, как утверждается, будет производить 317 ГВтч / год (коэффициент мощности 18 %). Солнечный парк Longyangxia Dam на восточном Тибетском плато в Китае вырос до 850 МВт и имеет коэффициент мощности 20 %.

Индийский Гуджаратский солнечный парк мощностью 214 МВт был введен в эксплуатацию в 2012 году и рассчитан на конечную мощность 1000 МВт. В сентябре 2016 года было завершено строительство солнечной фотоэлектрической станции Kamuthi Adam мощностью 648 МВт в Тамил-Наду. Правительство Индии объявило о реализации проекта «Самбхар» мощностью 4 ГВт в Раджастане в 2013 году, который, как ожидается, будет производить 6,4 ТВт-ч / год, то есть коэффициент мощности 18 % из почти 80 кв. Км. Ожидается, что первоначальная мощность 1 ГВт будет действовать с 2016 года, и ее стоимость составит 7500 крор (1,2 млрд. Долл. США).

Солнечный парк «Перово» мощностью 100 МВт в Украине также был введен в эксплуатацию в 2011 году с заявленным коэффициентом мощности 15 %. EdF построила тонкопленочную фотоэлектрическую установку мощностью 115 МВтэ в восточной Франции. В Канаде есть завод Сарния мощностью 97 МВт. В Италии SunEdison планирует построить солнечную фотоэлектрическую установку мощностью 72 МВт около Ровиго за 342 миллиона долларов.

В Австралии солнечная фотоэлектрическая батарея Nyngan мощностью 102 МВтэ стоит 290 млн. Долл. США, и ожидается, что она будет производить 230 ГВтч / год с 2015 года, то есть коэффициент мощности 26 %.

В США солнечная электростанция Desert Sunlight мощностью 550 МВтэ в пустыне Мохаве была открыта в начале 2015 года с использованием тонкопленочной технологии на основе теллурида кадмия и финансировалась за счет федерального кредита в размере 1,46 млрд долларов. Заводы MidAmerican's Antelope Valley в Калифорнии составляют 579 МВтэ с Sunpower в качестве подрядчика EPC и должны быть завершены в конце 2015 года. Его панели будут следить за солнцем, давая на 25 % больше энергии. MidAmerican Solar владеет фермами Topaz Solar мощностью 550 МВт в округе Сан-Луис-Обиспо, штат Калифорния, и имеет 49-процентную долю в проекте по производству тонкопленочных фотоэлектрических установок Agua Caliente мощностью 290 МВт, введенном в эксплуатацию в 2014 году компанией First Solar в округе Юма, штат Аризона. Многие фотоэлектрические станции имеют мощность более 20 МВт, и указанные коэффициенты мощности варьируются от 11 % до 27 %.

Южнокорейский консорциум ввел в эксплуатацию 42 МВт фотоэлектрической мощности на двух заводах в Болгарии, которые, как ожидается, будут производить 61 ГВтч / год (коэффициент мощности 16,5 %), их стоимость составит 154 млн евро (3667 евро / кВт). Продолжаются исследования способов сделать солнечные коллекторы менее дорогими и более эффективными. В некоторых системах предусмотрена подача избыточной мощности фотоэлектрических элементов из бытовых систем в сеть в отличие от нормальных поставок из нее, что повышает экономичность. Тонкопленочная солнечная фотоэлектрическая установка Ordos мощностью 2000 МВт планируется построить во Внутренней Монголии, Китай, с четырьмя этапами - 30, 100, 870, 1000 МВт - для завершения в 2020 году. Планируется более 30 других проектов, более 100 МВт, большинство в Индии, Китай, США и Австралия. Солнечная фотоэлектрическая установка мощностью 230 МВт запланирована в Сетучи в Японии, а GE приобретет основную долю в проекте стоимостью 80 млрд. Иен, который ожидается в 2018 году. Сербия планирует проект по производству солнечной фотоэлектрической энергии мощностью 1 ГВт, стоимостью 1,3 млрд. Евро, который, как ожидается, обеспечит подачу энергии в Enerxia Energy с 2015 года на 1,15 ТВт-ч / год, с коэффициентом мощности 13 %, без какого-либо входного тарифа. (Этот объем производства в 50 евро / МВтч вернул бы 57,5 млн. Евро в год. После 20 млн. Евро в год на обслуживание он составляет менее 3 % в год.)

В последние годы были большие инвестиции в солнечные фотоэлектрические системы благодаря выгодным субсидиям и стимулам. В 2011 году в Италии было установлено 9000 МВт солнечной энергии, а в Германии - 7500 МВт солнечной энергии. В Германии солнечная фотоэлектрическая мощность достигла 32,4 ГВт в конце 2012 года (7,6 ГВт установлены в течение года) и выработала 28 млрд. КВтч, увеличившись на 45% по сравнению с 2011 годом, но, по-видимому, только на 11 % коэффициента мощности. В Италии льготные тарифы варьируются от 15-27 евроцентов / кВтч, в зависимости от размера, что в 2011 году обойдется потребителям почти в 6 млрд евро. В Сценарии новой политики World Energy Outlook 2011 к 2035 году будет добавлено 553 ГВт новой солнечной фотоэлектрической энергии и 81 ГВт мощности CSP. Мощность солнечной фотоэлектрической энергии в конце 2011 года составляла 67 ГВт.

В Нигерии федеральное правительство и штат Дельта установили государственно-частное партнерство на сумму 5 млрд. Долларов США со SkyPower FAS Energy для строительства 3 ГВт солнечной фотоэлектрической мощности промышленного масштаба, причем первые блоки будут введены в эксплуатацию в 2015 году. режим поддержит это.

Серьезная проблема интеграции энергосистем с солнечными фотоэлектрическими системами заключается в том, что облачный покров может снизить производительность на 70 % за одну минуту. Разрабатываются различные батареи и другие средства, чтобы замедлить это до 10 % в минуту, что является более управляемым. Конкретная требуемая система батарей разработана специально для контроля скорости нарастания и нарастания. Срок службы системы составляет десять лет по сравнению с вдвое больше, чем у большинства возобновляемых источников.

Производство и утилизация фотоэлектрических модулей ставит ряд вопросов, касающихся как дефицитных товаров, так и вопросов здравоохранения и окружающей среды. Медные солнечные элементы на основе селенида индия-галлия (CIGS) представляют особую проблему как для производства, так и для переработки. Фотоэлектрические модули на основе кремния требуют большой энергии при производстве, хотя сам кремний в изобилии.

IRENA в 2016 году подсчитала, что было около 250 000 тонн солнечных фотоэлектрических отходов, и что общее количество может достичь 78 миллионов тонн к 2050 году. Утилизация солнечных фотоэлектрических панелей, как правило, неэкономична, и существует обеспокоенность по поводу выщелачивания кадмия из выброшенных панелей.

Список литературы:

1. WorldNuclearAssociation [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.world-nuclear.org/, свободный. Загл. с экрана. – Яз. англ
2. Ядерная (атомная) энергетика в мире, атомные станции, АЭС, мощность АЭС, CO2, действующие реакторы [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.rosatom.ru/nuclearindustry/nuclearindustry/, свободный. Загл. с экрана. – Яз. Англ
3. Ядерная энергетика Германия – Википедия [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Ядерная_энергетика_Германии, свободный. – Загл. с экрана.
4. IAEAssociation [Электронныйресурс]/World Energy Outlook 2009. November 2009 – Офиц. сайт – Режимдоступа: http://www.worldenergyoutlook.org/,свободный. Загл. с экрана. – Яз. англ
5. REN21 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/10/REN21_GSR2016_KeyFindings_RUSSIAN.pdf, свободный.
6. REN21 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ren21.net/Portals/0/documents/activities/gfr/REN21_GFR_2013.pdf свободный. Загл. с экрана. – Яз. англ