Generare bazată pe energie solară. Un generator solar compact care nu te va lăsa fără electricitate. Unde și cum să plasați generatorul
Potrivit Agenției Internaționale pentru Energie, b scăderea rapidă a costurilor de producţie face panouri solare cel mai ieftin mod de a genera electricitate. La sfârșitul anului trecut, creșterea producției solare a depășit ritmul de dezvoltare a altor sectoare ale industriei energiei electrice. Din 2010, costul unui nou modul solar a scăzut cu 70%, în timp ce costul echipamentelor eoliene a scăzut cu 25%, iar costul bateriilor pentru mașinile electrice a scăzut cu 40%.
Conform previziunilor experților independenți Bernreuter Research, până la sfârșitul anului 2017, creșterea capacității de energie solară la scară globală va ajunge la 100 GW. La sfârșitul anului 2016, capacitatea totală a centralelor solare instalate în lume era de 74 GW. Cea mai mare creștere din acest segment vine din China. Capacitatea totală a noilor stații solare din China a ajuns la 52 GW, SUA (12,5 GW) și India (9 GW) pe locurile al doilea și al treilea. De-a lungul anului, creșterea a fost de peste 30%: acum capacitatea totală a industriei de energie solară, conform experților, este de 300 GW.
Potrivit estimărilor IEA, în viitor dezvoltarea energiei solare va deveni mai ales răspândită în China și India. Așadar, în acestea din urmă s-au lansat recent program special pe electrificare, care va acoperi 40 de milioane de gospodării abia până la sfârșitul anului 2018. Problemele de alimentare cu energie electrică vor fi rezolvate în principal prin energie solară ieftină.
Cu toate acestea, spre deosebire de regiunea Asia-Pacific, energia eoliană domină în țările europene. Potrivit prognozei AIE, după 2030 va deveni principala sursă de producere a energiei electrice în țările europene. „Energia solară câștigă rapid piețe, inclusiv China și India, deoarece devine cea mai ieftină sursă de producere a energiei electrice. Transportul electric, datorită sprijinului guvernamental și a costurilor mai mici pentru bateriile fabricate, se dezvoltă rapid”, spune directorul executiv al AIE, Fatih Birol.
În perioada de după 2030 în Uniunea Europeană, sursele de energie regenerabilă vor reprezenta aproximativ 80% din noua capacitate pusă în funcțiune, iar energia eoliană va deveni principala sursă de producție de energie electrică. Dezvoltarea rapidă a energiei solare, în special în China și India, îi va permite să devină cea mai mare sursă de generare până în 2040. Până în acest moment, ponderea tuturor surselor regenerabile de energie în producția totală de energie electrică va ajunge la 40%.
AIE ia act de implementarea rapidă a capacității și scăderea costurilor tehnologiilor de energie curată. Experții subliniază în special ritmul ridicat de electrificare. La sfârșitul anului trecut, cheltuielile consumatorilor pentru energie electrică la scară globală au ajuns la egalitate cu cheltuielile lor pentru produse petroliere.
Până în 2040, dezvoltarea energiei regenerabile va continua să fie susținută de stat. Cu toate acestea, transformarea sectorului energetic va veni în principal din milioanele de gospodării, comunități și întreprinderi care investesc în construirea propriei capacități de energie regenerabilă distribuită.
Fără a ține cont de centralele solare din Crimeea, astăzi există 10 stații în Rusia cu o capacitate totală de aproximativ 100 MW. În Crimeea există cinci centrale solare cu o capacitate totală de 300 MW. În noiembrie, Rusia a pus în funcțiune prima centrală solară Bichur din Buriația. Până acum, costul construirii unei astfel de centrale solare în țară este de aproximativ 1 miliard de ruble, cu 70% localizare a echipamentului utilizat. În septembrie, compania Hevel a lansat centrala solară Maiminskaya în Altai, cu o capacitate de 20 MW, costând 2 miliarde de ruble, folosind noi modele heterostructurale cu eficiență sporită. Acesta este deja al patrulea SPP al lui Hevel în Altai. Total companiile rusești Până în 2024 urmează să fie construite 57 de centrale solare cu o capacitate totală de 1,5 GW.
Nina Markova
Toate comentariile despre perspectivele energiei solare sunt împărțite în 2 categorii: „Bravo, ardem doar petrol” și „EROEI Producția de panouri solare necesită mai multă energie decât produc!”
Cititorul priceput se va gândi probabil: Cum produce aceasta mai puțin decât ceea ce este necesar pentru producție? El le-a instalat - funcționează, nu cer terci, 10 ani, 50 de ani, 100 de ani - asta înseamnă că energia totală produsă este egală cu infinit și ar trebui să fie profitabile cu orice preț de construcție...
Cum stau lucrurile cu adevărat, ce abordări există în ceea ce privește generarea solară, care sunt limitările? Eficiența solară elemente, ce idei geniale au fost deja implementate și de ce energia solară nu preia cumva în mod activ lumea - vezi mai jos.
Câtă energie primim de la soare?
Pentru fiecare metru pătrat, 1367 de wați de energie provin de la soare (constantă solară). Aproximativ 1020 de wați ajung pe pământ prin atmosferă (la ecuator). Dacă avem o eficiență a celulei solare de 16%, atunci pe metru pătrat putem obține cel mai bun scenariu 163,2 wați de energie electrică. Dar avem vreme, soarele nu este la zenit, uneori este noapte (de lungimi diferite) - cum să calculăm toate acestea?
Insolația anuală ține cont de toate acestea, inclusiv de tipul de instalare a bateriei solare (paralel cu solul, la un unghi optim, urmărind soarele) și ne oferă o idee despre câtă energie electrică poate fi generată în medie pe an. (în kWh/m2, excluzând eficiența bateriei solare):
Acestea. vedem că dacă luăm 1 km2 de panouri solare și le instalăm la unghiul optim la Moscova (40,0°), atunci într-un an putem genera 1173 * 0,16 = 187,6 GWh. La un preț de 3 ruble per kW/h, costul _convențional_ al energiei generate va fi de 561 de milioane de ruble. Vom afla mai jos de ce este condiționată.
Abordări de bază pentru obținerea energiei de la soare
Centrale solare termice
Un câmp uriaș de oglinzi rotative reflectă soarele pe un colector solar, unde căldura este convertită în electricitate de un motor Stirling sau prin încălzirea apei și apoi de turbine cu abur obișnuite, ca într-o centrală termică. Eficiență - 20-30%.
Există, de asemenea, o opțiune cu o oglindă parabolică liniară (trebuie doar să vă rotiți în jurul unei axe):
Care este prețul cerut? Dacă te uiți la centrala Ivanpah (392 MW), în care Google a investit indirect, costul construcției acesteia a fost de 2,2 miliarde de dolari, sau 5612 de dolari per kW de capacitate instalată. Wikipedia chiar scrie cu bucurie că, deși aceasta este mai scumpă decât centralele pe cărbune, se presupune că este mai ieftină decât cele nucleare.
Cu toate acestea, există câteva nuanțe aici - 1 kW de capacitate instalată la o centrală nucleară costă de fapt 2000-4000 USD (în funcție de cine o construiește), de exemplu. Ivanpah este deja mai scumpă decât o centrală nucleară. Apoi, dacă te uiți la estimarea anuală a generării de energie electrică - 1079 GWh și împărți la numărul de ore dintr-un an, atunci puterea medie anuală se dovedește a fi de 123,1 MW (la urma urmei, stația noastră generează numai în timpul zilei) .
Acest lucru aduce costul „mediu” de construcție la 17.871 USD/kW, care nu este doar scump, ci și fantastic de scump. Este probabil mai scump să generezi electricitate în spațiu. Centralele convenționale pe gaz costă 500-1000 $/kW, adică. V De 18-36 de ori mai ieftin, și funcționează întotdeauna, și nu așa cum ar fi vrut norocul.
Și, în sfârșit, costul construcției nu include deloc bateriile. Dacă adăugați baterii (mai multe despre ele mai jos) sau construirea unei centrale electrice cu acumulare prin pompare, costul va trece prin acoperiș.
Centralele solare termice au capacitatea de a genera energie electrică non-stop, folosind un volum mare de lichid de răcire încălzit pe zi. Există și astfel de posturi, dar încearcă să nu-și noteze costul, aparent pentru a nu speria pe nimeni.
Fotocelule semiconductoare(fotovoltaic, PV) - ideea este foarte simplă, luăm o diodă semiconductoare cu suprafață mare. Atunci când un cuantic de lumină zboară în joncțiunea pn, este generată o pereche electron-gaură, care creează o cădere de tensiune la bornele acestei diode (aproximativ 0,5 V pentru o fotocelulă de siliciu).
Eficiența celulelor solare cu siliciu este de aproximativ 16%. De ce atât de puțini?
Formarea unei perechi electron-gaură necesită o anumită cantitate de energie, nici mai mult, nici mai puțin. Dacă un cuantum de lumină ajunge cu o energie mai mică decât este necesar, atunci nu poate provoca generarea unei perechi și trece prin siliciu ca prin sticlă (deoarece siliciul este transparent la lumina infraroșie peste 1,2 microni). Dacă o cantitate de lumină ajunge cu mai multă energie decât este necesar (lumină verde și mai scurtă) - se generează o pereche, dar surplusul de energie se pierde. Dacă energia este și mai mare (lumină albastră și ultravioletă), este posibil ca cuantul să nu aibă timp să atingă adâncimea joncțiunii pn.
În plus, lumina poate fi reflectată de la suprafață - pentru a evita acest lucru, pe suprafață se aplică un strat antireflex (ca la lentilele din lentilele fotografice), iar suprafața poate fi realizată sub formă de pieptene (apoi după prima reflexie lumina va mai avea o sansa).
Puteți crește eficiența fotocelulelor peste 16% prin combinarea mai multor fotocelule diferite (pe baza altor semiconductori și, în consecință, cu o energie diferită necesară pentru a genera o pereche electron-gaură) - mai întâi o instalăm pe cea care absoarbe eficient lumină albastră, iar verde, roșu și IR transmit, apoi verde și în final roșu și IR. Pe aceste elemente în 3 etape se obțin indicatori de eficiență de 44% și mai mari.
Din păcate, fotocelulele cu 3 trepte se dovedesc a fi foarte scumpe, iar acum fotocelulele obișnuite ieftine de siliciu cu o singură etapă domină locul - datorită prețului foarte scăzut preiau conducerea în ceea ce privește costul unuia wați pentru fotocelulele de siliciu au scăzut odată cu introducerea unor facilități de producție gigantice în China până la ~0,5 USD/Watt (adică pentru 500 USD puteți cumpăra celule solare de 1000 Watt).
Principalele tipuri de elemente de siliciu sunt monocristaline (mai scumpe, cu eficiență puțin mai mare) și policristaline (mai ieftin de produs, literalmente cu 1% mai puțină eficiență). Panourile solare policristaline oferă acum cel mai mic cost de 1 Watt de putere generată.
Una dintre probleme este că panourile solare nu rezistă pentru totdeauna. Chiar dacă nu ținem cont de praf și murdărie (sperăm la ploaie și vânt), din cauza fotodegradării peste 20 de ani de funcționare, cele mai bune elemente din siliciu își pierd ~15% din putere. Poate că degradarea va încetini și mai mult, dar acest lucru trebuie să fie luat în considerare.
Să trecem acum prin principalele încercări de creștere a eficienței economice:
Să luăm o fotocelulă mică, foarte eficientă și o oglindă parabolică
Aceasta se numește fotovoltaică concentrată. Ideea nu este rea în principiu - oglinda este mai ieftină decât o baterie solară, iar eficiența poate fi de 40% și nu de 16... Singura problemă este că acum avem nevoie de mecanici (nesiguri) care să urmărească soarele, iar uriașul nostru placa turnantă trebuie să fie suficient de puternică, pentru a rezista la rafale de vânt. O altă problemă este atunci când soarele apune în spatele norilor care nu sunt prea denși - producția de energie scade la zero, pentru că... o oglindă parabolică nu poate focaliza lumina împrăștiată (cu panourile solare convenționale, puterea scade cu siguranță, dar nu la 0).
Odată cu scăderea prețurilor celulelor solare cu siliciu, această abordare s-a dovedit a fi prea scumpă (atât în ceea ce privește costul de instalare, cât și de întreținere)
Să facem celulele solare rotunde, să le așezăm pe acoperiș și să pictăm acoperișul... culoare alba
Acest lucru a fost făcut de către acum infama companie Solyndra, care, la instigarea lui Barack Obama, a primit o garanție guvernamentală pentru un împrumut de 535 de milioane de dolari de la Departamentul de Energie al SUA... și a declarat brusc faliment. Celulele solare rotunde au fost realizate prin pulverizarea unui strat de semiconductor (în cazul lor (di)seleniură de cupru indiu galiu) pe tuburi de sticlă. Eficiența celulelor solare a fost de 8,5% (da, a ieșit mai rău decât cele simple și ieftine din silicon).
Un exemplu izbitor al modului în care capitalismul american, cu un lobby adecvat, este capabil să pompeze prin inerție resurse uriașe în tehnologii eficiente. Pe baza rezultatelor lucrărilor, nimeni nu a fost închis.
Lingură de drum pentru cină
Acum, după această revoltă de îmbunătățire continuă a tehnologiei, deschidem o pagină tristă a istoriei. Centralele solare generează energie electrică în timpul zilei, dar este nevoie cel mai mult seara:
Asta înseamnă că dacă nu avem baterii, totuși vor trebui construite centrale electrice pentru vârful de consum de seară, iar în timpul zilei unele să fie oprite, iar altele să fie în rezervă fierbinte, pentru ca dacă se adună nori. o centrală solară, acestea vor înlocui instantaneu generația solară pierdută.
Rezultă că dacă ne obligăm la cumpărarea de energie electrică de la centrale solare la preț obișnuit apoi, atunci când o generează, redistribuim efectiv profiturile din capacitățile de generare clasice existente, care sunt nevoite să stea inactiv ziua în rezervă în favoarea celor solare.
Există și o opțiune interesantă - dacă undeva există un vârf de seară de consum, undeva pe pământ este apogeul zilei. Poate construi o centrală solară acolo și transmite electricitate prin liniile electrice? Acest lucru este posibil, dar necesită transmiterea energiei pe distanțe de aproximativ 5-8 mii km, ceea ce necesită și costuri de capital uriașe (conform macar până când am trecut la supraconductori) și aprobări de la o grămadă de țări. Proiectul Desertec s-a dezvoltat aproximativ în această direcție - generare în Africa, transmitere în Europa.
baterii
Deci, bateria solară de 1 W costă 0,5 USD. În timpul zilei va genera, să zicem, 8Wh de energie electrică (în 8 ore de soare). Cum putem economisi această energie până seara, când va fi cel mai necesar?
chinez baterii cu litiu costă aproximativ 0,4 USD pe Wh, respectiv, pentru 1 W de baterie solară (la prețul de 0,5 USD), vom avea nevoie de baterii în valoare de 3,2 USD, de exemplu. Bateria se dovedește a fi de 6 ori mai scumpă decât o baterie solară! În plus, trebuie să țineți cont de faptul că, după 1000-2000 de cicluri de încărcare-descărcare, bateria va trebui înlocuită, iar aceasta este doar 3-6 ani de funcționare. Există baterii mai ieftine?
Cele mai ieftine sunt plumb-acid (care sunt în mod natural departe de „verde”), lor Pret cu ridicata- 0,08 USD pe Wh, respectiv, pentru a menține producția zilnică avem nevoie de baterii în valoare de 0,64 USD, ceea ce este din nou mai mult decât costul panourilor solare în sine. Bateriile cu plumb mor și ele rapid, 3-6 ani de funcționare în acest mod. Iar pentru desert - eficienta baterii cu plumb acid- 75% (adică un sfert din energie se pierde în ciclul încărcare-descărcare).
Există și o opțiune cu centralele cu acumulare prin pompare (în timpul zilei pompăm apa „în sus” cu o pompă, noaptea lucrăm ca o centrală hidroelectrică obișnuită) - dar și construcția lor este costisitoare și nu este posibilă peste tot (eficiență - până la 90%).
Datorită faptului că bateriile sunt mai scumpe decât centrala solară în sine, centralele mari nu le furnizează, vânzând energie electrică în retea de distributie imediat ce are loc generarea, bazându-se pe centralele electrice convenționale noaptea și seara.
Care este un preț corect pentru generarea solară nereglementată?
Să luăm Germania, de exemplu, ca lider în dezvoltarea energiei solare. Fiecare kW generat de centralele solare de acolo este achiziționat cu 12,08-17,45 eurocenți pe kWh, indiferent de ce generează acestea la consumul minim zilnic. Tot ce realizează prin aceasta este economisirea gazului rusesc, pentru că... centralele pe gaz mai trebuie să fie construite și să fie în rezervă fierbinte (și toate celelalte cheltuieli ale acestora rămân aceleași - salarii, împrumuturi, întreținere).
Din punct de vedere economic, ar fi corect ca centralele solare să primească doar atât cât economisesc combustibil pentru centralele pe gaz.
Să presupunem că costul gazului rusesc este de 450 USD per 1 mie de m3. Din acest volum se pot genera 39.000 GJ ≈10,8*0,4 GWh ≈ 4,32 GWh de energie electrică (cu o eficiență de generare de 40%), respectiv, pentru 1 kWh de energie solară economisim gazul rusesc cu 0,104 USD = 7,87 eurocenți. Acesta este exact ceea ce ar trebui să fie costul echitabil al generării solare nereglementate și se pare că Germania se îndreaptă treptat către această cifră, dar la acest moment Energia solară în Germania este subvenționată în proporție de 50%.
rezumat
Celulele solare policristaline oferă cele mai ieftine electricitate solară, aproximativ 0,5 $/Watt, alte metode sunt mult mai scumpe.
Problema cu energia solară nu este eficiența celulelor solare, nici EROEI (în teorie chiar este infinit), și nu prețul acestora - ci faptul că energia generată este foarte scump de stocat până seara. Acestea. Principala problemă o reprezintă bateriile, care acum sunt mai scumpe decât panourile solare și, în același timp, au o durată de viață scurtă (3-6 ani).
În momentul de față, generarea solară la scară largă fără baterii poate fi considerată doar ca o modalitate de a economisi o mică parte a combustibilului fosili în timpul zilei, în mod fundamental nu poate reduce numărul de centrale electrice clasice (gaz, cărbune, centrale nucleare, etc.); hidro) - mai trebuie să stea în rezervă în timpul zilei și să preia complet sarcina în timpul consumului de vârf de seară.
Dacă în viitor, cu ajutorul tarifelor (crude) este posibilă deplasarea vârfului de consum pe zi, construcția de centrale solare va avea mai mult sens (de exemplu, dacă tarifele sunt de așa natură încât să fie rentabil să pornească producția de electroliză de aluminiu și hidrogen doar în timpul zilei).
Costul producției solare „nereglementate” nu poate fi comparat cu costul producției la centralele clasice - deoarece generează atunci când pot, nu când au nevoie. Valoarea justă a nereglementate electricitate solară ar trebui să fie egal cu costul combustibilului fosili economisit și nu mai mult - pentru gaz la 450 USD, prețul corect al generației solare nu este mai mare de 0,1 USD pe 1 kWh (în mod corespunzător, în Germania generare solară subvenționat cu ~50%).
Energia solară „cinstă” (cu baterii) astăzi poate fi justificată din punct de vedere economic doar în zonele îndepărtate unde nu există posibilitatea de conectare la rețea (cum ar fi, de exemplu, în cazul unei stații de bază celulare la distanță, singuratică).
Cea mai mare problemă cu energia solară este că combustibilii fosili sunt încă prea ieftini pentru a face generarea solară fezabilă din punct de vedere economic.
În majoritatea Rusiei, singurele surse de energie sunt centralele pe motorină sau pe benzină. Dezvoltarea producției de energie bazată pe utilizarea energiei solare și eoliene, întâlnire abordări moderne la ecologie, statul trebuie să intereseze investitorii.
Experiment european pur
Țările Uniunii Europene au început să introducă utilizarea energiei solare ca parte a reducerii dependenței de hidrocarburi și pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră în atmosferă. Capacitatea totală instalată a centralelor solare (SPP) în lume ar putea ajunge la 500 GW până în 2019, potrivit unui raport analitic al companiei internaționale de consultanță IHS. La sfârșitul anului 2014, volumul de generare solară se ridica la 180 GW. Astăzi, peste 150 de miliarde de dolari au fost deja investite în energie solară la nivel mondial, iar acest volum crește cu 15-20% anual.
Unul dintre liderii mondiali pe piața de generare solară este Germania, care reprezintă 31% din capacitatea totală. Trasatura unica Producția de energie solară în această țară este că 90% din toate panourile sunt amplasate pe acoperișurile caselor. Mai mult, jumătate din centralele solare aparțin persoanelor fizice, nu companiilor generatoare.
Potrivit unui raport al Asociației Industrielor Energiei Solare (SEIA) și GTM Research, vor exista peste un milion de instalații solare care vor funcționa în Statele Unite până la sfârșitul acestui an - o creștere de 36% față de 2014. Mai multe centrale solare au apărut online în Statele Unite în ultimii doi ani decât în ultimii 38 de ani.
China și Japonia reprezintă acum 50% din piața globală a energiei solare. India intenționează să-și crească capacitatea de instalare solară de la 2 GW la 20 GW pe termen mediu.
alternativa ruseasca
În Rusia, ponderea producției solare este de doar 0,5-0,8% din capacitatea totală a centralelor electrice. Potrivit ministrului adjunct al Energiei, Alexei Teksler, pe care l-a citat în septembrie într-un interviu pentru postul de televiziune Rossiya 24, până în 2024 este planificată introducerea a aproximativ 1,6 GW de capacitate de generare solară în Rusia. Prima centrală solară a fost lansată în Altai, în această toamnă capacitatea sa a fost dublată la 10 MW. În următorii cinci ani, sunt planificate să fie construite încă patru centrale electrice similare în regiune. În acest moment, o serie de panouri solare funcționează în regiunea Belgorod. În Crimeea, până la 20% din energie este produsă din surse regenerabile de energie - în primul rând panouri solare și centrale eoliene.
Capacitatea totală a proiectelor de centrale solare, a căror punere în funcțiune este planificată înainte de sfârșitul anului 2015, este de 175,2 MW. Centrale solare cu o capacitate totală instalată de 90 MW ar trebui să apară în regiunea Astrakhan, 30 MW în regiunea Orenburg și 15 MW în regiunea Belgorod și Bashkiria.
Rentabilitatea investiției în construcția de centrale solare se realizează pe baza unui acord de alimentare cu energie electrică (PDM) prin analogie cu generarea tradițională. În conformitate cu acest document, compania producătoare primește plata pentru energia pe care o furnizează pieței angro. Parametrii tarifului pentru fiecare obiect sunt calculați separat.
Cu sprijinul guvernului, se construiesc fabrici pentru a produce componente pentru centralele solare. Acest lucru face posibilă îndeplinirea cerințelor legale, conform cărora până la 70% din echipamentele pentru centralele solare trebuie să fie produse în Rusia. Construcția unor astfel de centrale este planificată în regiunea Moscova și Tatarstan. În acest moment, uzina Hevel a fost deja construită pentru producția de module solare cu peliculă subțire în Chuvahia.
Potrivit experților, un astfel de echipament este prea scump pentru a fi utilizat în sectorul privat al economiei, perioada de rambursare este de patru până la șapte ani. Prin urmare, un kilowatt de energie electrică produsă folosind panouri solare este încă semnificativ mai scump decât electricitatea la tariful de stat.
În astfel de condiții, piața se poate dezvolta eficient doar cu sprijinul statului. De exemplu, Marea Britanie a efectuat un experiment în 2013 - panouri solare au fost puse în vânzare rețeaua comercială. Costul a 18 panouri a fost de 5,7 mii de lire sterline (9,2 mii de dolari au fost emise pentru achiziționarea acestora). Ulterior, utilizatorilor li s-a oferit posibilitatea de a vinde surplusul de energie electrică către stat.
În ciuda crizei economice, analiștii apreciază foarte mult potențialul industriei. După cum notează Anton Usachev, președintele Asociației Ruse pentru Energie Solară, în ultimii cinci ani, tehnologiile și echipamentele pentru producerea energiei solare au devenit considerabil mai ieftine, în timp ce, în același timp, eficiența modulelor solare a crescut. Datorită acestui fapt, astăzi putem vorbi deja despre posibilitatea unei concurențe depline între energia solară și generarea tradițională.
Investitorii nu sunt interesați
Utilizarea energiei eoliene în Rusia se dezvoltă chiar mai lent decât energia solară. Singura centrală eoliană industrială este situată în regiunea Kaliningrad, există centrale electrice în Chukotka, Bashkiria, Kalmykia și Komi. Anul trecut, Rusia a primit doar 16,8 MW de putere de la parcuri eoliene. Schema de construire a acestora pe teritoriul rus a fost aprobată de prim-ministrul Dmitri Medvedev în 2013. Conform acestor planuri, în 15 ani ar trebui construite în țară 16 centrale eoliene.
Cu toate acestea, investitorii nu sunt mulțumiți de condițiile care s-au dezvoltat pe această piață. Aici se aplică aceleași reguli ca și pentru generarea solară, implicând o cotă mare pentru echipamentele casnice. Dar la noi nu există producție de componente pentru centralele eoliene, acestea trebuie achiziționate în străinătate. Prin urmare, nu au existat încă oameni dornici să construiască turbine eoliene.
Autoritățile ruse au încercat de mult să atragă atenția investitorilor asupra creării unui mare parc eolian cu o capacitate totală de 50-70 GW în nordul Orientului Îndepărtat. Şeful Ministerului Energiei, Alexander Novak, a declarat în luna februarie a acestui an că această problemă este discutată cu partenerii străini. Pe 10 septembrie, RAO Energy System of the East a anunțat deschiderea celui mai mare parc eolian din Orientul Îndepărtat în satul Ust-Kamchatsk. Complexul este construit cu participarea organizației guvernamentale japoneze pentru dezvoltarea de noi tehnologii energetice și industriale NEDO, care a donat echipamente pentru parc. Japonezii din acest proiect urmăresc un obiectiv științific - testarea performanței instalațiilor în climă rece.
Complexul Ust-Kamchatka este format din trei centrale eoliene cu o capacitate totală de 900 kW. Se prevede că, prin înlocuirea parțială a producției de energie de către centrala electrică pe motorină a satului, se va economisi peste 550 de tone de combustibil pe an. Punerea în funcțiune a acestuia este planificată la sfârșitul anului 2015. Ulterior este posibilă construirea a încă șapte turbine eoliene, în urma cărora capacitatea complexului va ajunge la 3 MW.
Pe lângă Orientul Îndepărtat și Nord, în zonele dens populate din partea europeană a Rusiei, există destul de multe locuri în care utilizarea parcurilor eoliene poate fi considerată promițătoare. Acesta este nord-vestul țării - regiunile Murmansk, Arhangelsk și Leningrad. Și, de asemenea, regiunile sudice - Teritoriul Krasnodar, Karachay-Cherkessia, Rostov, Volgograd, regiunile Astrakhan, Kalmykia, spune Igor Bryzgunov, președintele Asociației Ruse a Industriei Eoliene.
La sfârșitul lunii iulie a acestui an, prim-ministrul Dmitri Medvedev, prin decret, a extins programul de sprijinire a producției eoliene pe piața angro energie electrica si putere. Sprijinul a fost prelungit pentru patru ani, din 2020 până în 2024. În total, până în 2024 este planificată punerea în funcțiune a instalațiilor de generare a energiei eoliene cu o capacitate de 3.600 MW, în perioada 2015-2016 - cu 50, respectiv 51 MW. „Documentul are ca scop menținerea nivelului necesar de concurență pe piața energiei eoliene și investițiile în implementarea de noi echipamente de producție”, se arată în nota explicativă.
Începând cu criza petrolului din anii 1970, societatea a început să se gândească la găsirea unei alternative la energia tradițională cu hidrocarburi. Potențialul energiei solare, ca cea mai mare și mai accesibilă umanității, a atras întotdeauna atenția comunității științifice. Utilizarea energiei regenerabile stă la baza conceptului de întreg social și mișcări politice. În ultimii zece până la cincisprezece ani, energia solară s-a dezvoltat rapid și a câștigat o oarecare acceptare în sectorul producerii de energie electrică. În general, putem vorbi despre o tendință de creștere exponențială a producției de energie fotovoltaică în ultimii douăzeci de ani:
S-ar părea că acum există suficiente date empirice, ceea ce înseamnă că este posibil să se evalueze capacitățile industriei nu teoretic. Dar, în ciuda acestui fapt, opiniile rămân extrem de polare. O parte observă că costul energiei electrice de la centralele solare este mai scump decât cele tradiționale, nu există tehnologii rentabile pentru stocarea energiei electrice, care sunt necesare din cauza fluctuațiilor zilnice în producție și multe altele. Cealaltă parte raportează despre creșterea exponențială a producției de energie solară și reducerea costurilor sub nivelul generației tradiționale de energie termică. Cine are dreptate? După cum subliniem adesea, adevărul este la mijloc. În opinia noastră, motivul dezacordului în aprecieri este destul de simplu și rezolvă disputa dintre părțile aflate în conflict: relevanța energiei solare variază foarte mult în mulți parametri și, în funcție de situație, fie tabăra suporterilor are dreptate, fie viciul. invers. În continuare, energia solară înseamnă fotovoltaică utilizarea tehnologiilor solare termice este încă mai costisitoare și astfel de centrale electrice sunt mai puțin frecvente.
Nivel conceptual - abordare de nișă
Din ce motive a apărut agitația dezacordurilor?Expunere la soare. Dacă comparăm California și regiunile de nord ale Rusiei, putem vorbi despre o diferență de patru ori cu un impact proporțional asupra costului.
În ultimii 35 de ani, prețurile la celulele solare au scăzut și chiar a apărut un model empiric: la fiecare 5 ani prețul scade la jumătate. Astfel, estimările costului de generare solară devin în mod constant depășite și acest factor trebuie luat în considerare în discuție.
Complexitatea rețelelor de distribuție a energiei, nevoia de tehnologii pentru stocarea energiei electrice generate, capacitatea de manevrare și creșterea debitului rețelelor electrice principale crește odată cu ponderea tot mai mare a energiei solare în balanța electrică.
Costul energiei electrice tradiționale variază foarte mult în funcție de alegerea statului și a perioadei de timp studiate.
Putem continua mult timp, dar este evident ca daca ne gandim la varianta cu insolatie mare, cu cele asteptate preturi mici viitorul apropiat, o pondere mică în balanța energiei electrice și a energiei electrice tradiționale locale costisitoare, atunci energia solară va depăși semnificativ energia tradițională din punct de vedere al profitabilității și nu va necesita investiții speciale în infrastructură. Pentru situația opusă, energia solară va părea inacceptabilă.
Astfel, nu se poate „sa sări în dinți” și să arunce teze despre energia solară fără a ține cont de condițiile teritoriale, climatice și de altă natură ale unui anumit caz. În opinia noastră, ar trebui luată o abordare „de nișă” pentru a înțelege acceptabilitatea producerii de energie solară.
Estimări cantitative - costul energiei electrice
Estimările costului de producere a energiei fotovoltaice depind de metodologia aleasă, costul capitalului și alți parametri, așa că pentru a obține o imagine de ansamblu, merită să ne bazați pe multe estimări independente:
Limitele superioare ale energiei tradiționale, ca să nu mai vorbim de generarea din produse petroliere, se intersectează cu limitele inferioare ale estimărilor costului energiei fotovoltaice. Împreună cu alte nuanțe, acest lucru creează nișe de atractivitate pentru energia solară. Conform estimărilor noastre, astăzi dimensiunea lor este de aproximativ 3-5% din producția globală de energie electrică. Dincolo de acestea nișe înguste Energia solară, în general și astăzi, nu este fezabilă din punct de vedere economic.
Dimensiunea nișelor este mică în raport cu întreaga generație globală de electricitate, dar depășește încă de trei ori capacitatea instalată, ceea ce oferă energiei solare oportunități de creștere pe mai mulți ani. Având în vedere factorii de creștere a consumului de energie electrică în țările în curs de dezvoltare, scăderea costului de producere a energiei solare și creșterea costului de generare tradițională, este logic să presupunem că „nișele” vor crește în timp. Să ne uităm la exemple.
Arhipelagul Energiei Solare
Dacă te uiți la un nivel general, atunci astăzi și în general utilizarea energiei solare este destul de nejustificată. Dar, printre oceanul de energie tradițională, există și un loc pentru insule individuale de fotovoltaice. Să enumerăm motivele pentru care au apărut nișele pentru energia solară:Înlocuirea produselor petroliere. În primul rând, costul deja menționat. De exemplu, Japonia, care se află pe locul al treilea în producția mondială de energie electrică, produce 10% din electricitate din produse petroliere și aceasta nu este o consecință a tragediei de la Fukushima - așa a fost înainte. Potrivit Băncii Mondiale, în 43 de țări ponderea produselor petroliere (pacură, motorină) în generarea de energie electrică este de peste 10%. În mod obișnuit, o astfel de generare de energie este utilizată temporar pentru a depăși vârfurile de zi în consumul de energie electrică, deoarece consumul de energie pe timp de noapte este semnificativ mai mic. Această generație de vârf costisitoare din toate punctele de vedere, de 100 USD/MWh și mai mult în cazul produselor petroliere, poate fi înlocuită convenabil și ieftin cu energia solară (100 USD și mai jos), ceea ce Japonia a început să facă. O situație similară poate fi observată și în cazul importurilor costisitoare de gaze naturale.
Lipsa resurselor energetice proprii. Un alt exemplu clar este India. Țara are o penurie catastrofală atât de energie electrică, cât și de producția proprie de resurse energetice, așa cum demonstrează elocvent promisiunile electorale ale premierului: „Electricitate în fiecare casă!” O astfel de lipsă acută motivează rezolvarea problemei prin orice mijloace și, pe lângă generarea de bază, este necesară și generarea de vârf. Dar țara are resurse insuficiente de cărbune și nu a fost pusă nici măcar o conductă de gaz - Statele Unite amenință Pakistanul cu sancțiuni de mulți ani pentru că au acceptat să intre într-un proiect de transport de gaze din Iran în India prin teritoriul său, deși recent, materia a mers înainte.
Rezultatul penuriei cronice de energie, al jocurilor politice ale jucătorilor externi, al dependenței de import etc. a fost decizia de a crește ponderea producției de energie solară, deoarece insolația mare și forța de muncă ieftină vor permite ca acest lucru să se facă relativ ieftin, deși mai scump decât energia pe bază de cărbune. În condițiile unei dinamici economice frenetice (creștere de 7,5% în 2014) și din motivele de mai sus, aceasta este mai bună decât cea actuală absență completă 250 de milioane de cetățeni indieni au acces la electricitate. Ministerul Energiei Noi și Regenerabile a lansat un program de proiecte cu denumirea simbolică „centrale solare ultra mega”, în cadrul căruia au fost alocate teritorii pentru parcuri de centrale solare, a fost instalată infrastructura etc. Obiectivul imediat este 100 GW până în 2022.
Factori de mediu . Costul generării termice în majoritatea țărilor este mai mic decât cel solar, în special în China. Dar, de exemplu, banii nu pot cumpăra sănătate. Poluarea aerului duce anual la moartea a aproximativ 0,5-1 milion de oameni din China și afectează negativ situația socială și politică. În plus, două treimi din capacitatea mondială de producție a celulelor solare se află în China. Astfel, a apărut o altă nișă pentru energia solară și Centrul Național China Renewable Energy vizează 100 GW de capacitate instalată până în 2020 și 400 GW până în 2030. Avand in vedere ca in primul trimestru al anului 2015, capacitatea fotovoltaica instalata in China a crescut cu 5 GW si a ajuns la 33 GW, obiectivele par destul de adecvate.
Există și cazuri complexe, de exemplu Australia. În timp ce companiile de producție și forțele politice se ceartă despre cine este de vină pentru prețurile mari la electricitate cu amănuntul, și anume 250-350 USD/MWh, 14% dintre gospodării folosesc deja celule fotovoltaice. Și așa mai departe.
Astfel, atunci când se folosește abordarea de nișă, devine evident că în cazul unor nișe specifice înguste, adevărul este de partea susținătorilor energiei solare, iar în alte cazuri tezele adversarilor sunt valabile. Dar, ca și până acum, simplificările sunt mari și nuanțele abordării corecte vor fi discutate mai jos.
Perspective. Costul în funcție de timp.
Problema dezvoltării energiei nu ar trebui să fie ghidată de factori tactici și de costurile curente. Durata de viață a centralelor nucleare se apropie de un secol, cheltuielile de capital pentru dezvoltarea zăcămintelor individuale de hidrocarburi au atins ordinul a sute de miliarde de dolari cu o scară corespunzătoare a perioadelor de rambursare, costul energiei electrice din celulele solare este redus anual cu 15% și așa mai departe. Adică abordarea trebuie să fie strategică și cu un orizont de planificare de câteva decenii, iar în cazul Franței și Rusiei, unde energia nucleară joacă un rol deosebit, orizontul de planificare atinge o scară istorică – un secol. Aceasta înseamnă că este contraproductiv să se concentreze pe costul actual al producerii de electricitate.Prognoza, după cum știm, este o sarcină ingrată. Totuși, e mai bine decât nimic. Progresul tehnologic a făcut posibilă reducerea exponențială a costului de producție al celulelor solare (de 200 de ori în ultimii 35 de ani), al invertoarelor etc., iar dezvoltarea pieței împinge în scădere prețurile de instalare și întreținere. Este puțin probabil ca progresul să se oprească și lucrătorii să devină mai puțin calificați, astfel încât prețurile pentru celulele solare și serviciile aferente vor continua să scadă, în timp ce prețurile la energie „toate celelalte lucruri fiind egale” vor crește. Esența generală toate prognozele sunt aceleași - reducerea exponențială a costurilor, care a fost observată în ultimii 35 de ani, va continua motive vizibileîncă nu există nicio modalitate de a opri progresul:
În cadrul „abordării de nișă”, este logic să ne bazăm pe limita inferioară a costului, deoarece energia solară își începe dezvoltarea din cele mai profitabile situații și le va umple mult timp și încet. Umplerea chiar și a 5% din producția mondială de energie electrică va dura aproximativ 10 ani.
În conformitate cu previziunile Agenției Internaționale pentru Energie, din care Rusia este membru, și ale Institutului German de Energie Solară. Fraunhofer, energia solară devine din ce în ce mai ieftină, dar nu devine „gratuită”. Energia tradițională ieftină din țări precum Rusia, SUA, China, Norvegia etc. va fi probabil mai ieftină decât energia solară timp de mulți ani.
Contextul rețelei
Problema integrării energiei solare scară largă integrarea într-o singură rețea energetică nu a fost rezolvată astăzi și, în plus, nici măcar la orizont nu există nicio soluție. „Soarele” este o opțiune convenabilă pentru a face față vârfurilor de consum în timpul zilei, dar în unele cazuri există o problemă cu vârful de seară, ca să nu mai vorbim de iarnă. Chiar și ceața neașteptată a dimineții de vară, care ascunde soarele de la câțiva gigawați de energie fotovoltaică din Germania, îi poate pune în pericol pe inginerii rețelelor - există exemple. În prezent, de exemplu, Europa își rezolvă dezechilibrele „de rețea” prin importul și exportul de energie electrică, dar în opinia noastră, capacitățile acestui instrument sunt limitate. La nivel conceptual, există o serie de abordări:Rezervare. Un exemplu convenabil este Germania. Din cauza problemelor descrise mai sus, este necesar să se mențină „în alertă” 10 GW de generație alimentată cu gaz, adică să se rezerve generarea solară, deși utilizarea generației solare a făcut posibilă abandonarea aproape complet a acestei generații costisitoare în timpul zilei. vârfuri vara. Cea mai mare parte a costului energiei electrice dintr-o centrală termică pe gaz este combustibilul, iar societatea a beneficiat într-o oarecare măsură de economisirea importurilor de gaze naturale, în ciuda faptului că termocentrala este inactivă vara.
Situația inversă se observă în cazul termocentralelor de manevră pe cărbune, unde ponderea principală a costului o reprezintă cheltuielile de capital. În acest caz, este adevărat opusul: combustibilul ocupă o mică parte din cost și cu o scădere a factorului de utilizare a capacității instalate (IUR), electricitatea în ansamblu va costa mai mult pentru societate, deoarece va trebui să plătiți pentru ambele generarea solară și capacitatea inactivă a centralelor termice pe cărbune, care sunt mult mai scumpe decât cele pe gaz.
Acumulare. La o întrebare probleme de rețea De asemenea, se poate aborda prin acumularea de energie electrică. În țările în care insolația de vară este semnificativ mai mare decât cea de iarnă (de exemplu, Germania), problemele de integrare încep atunci când fotovoltaica formează 7% din producția medie anuală de energie electrică. În acest caz, vara cota medie zilnică crește la 10%, iar în timpul zilei - până la 30%, ceea ce reprezintă problema serioasa pentru sistemul de alimentare. Acumularea este o cale de ieșire evidentă pentru dezvoltarea ulterioară a situației, în ciuda faptului că în acest moment nu este nevoie încă de ea. Mai mult, îndoielile cu privire la dezvoltarea la scară largă a energiei solare pot fi reduse la problema acumulării ieftine, deoarece problema costului ridicat al generării de energie electrică din celule fotovoltaice va înceta, mai devreme sau mai târziu, și doar problema integrării. în grilă va rămâne.
Începând cu 2014, capacitatea globală instalată a sistemelor de stocare este de 145 GW, 99% fiind reprezentată de centrale electrice de stocare prin pompare (PSPP). Sisteme de stocare activate aer comprimat(ACSV) au fost utilizate de zeci de ani, dar nu s-au răspândit încă - implementarea actuală a ambelor sisteme este critică pentru condițiile geografice și geologice.
Pragul inferior actual este de 80 USD/MWh și există motive să credem că ACCW și alte tehnologii îl pot reduce, dar aceasta este probabil o realitate pentru cel puțin următorul deceniu. Capacitatea suplimentară de stocare de 80 USD/MWh este inaccesabilă pentru energia solară, dar într-o oarecare măsură aceasta este o chestiune de metodologie. Baterii reîncărcabile Plumb-acid și alte tipuri sunt în prezent și pe termen mediu nu sunt adecvate ca sisteme de stocare pentru fotovoltaice industriale.
EROEI de fotovoltaic - profitabilitate energetică
Rentabilitatea energetică, cu exemple și calcule, a fost discutată pe scurt în articolul precedent, așa că vom omite repetarea elementelor de bază. EROEI de fotovoltaic nu este un „secret închis” și există multe studii în acest sens. Dacă însumăm 38 de studii, putem obține următoarea gamă de EROEI pentru diferite tehnologii:
În opinia noastră, acestea sunt rezultate bune. În consecință, din punct de vedere energetic, fotocelulele solare se plătesc singure în 0,5-4 ani.
Aspecte teritoriale
Problema teritorială pentru fotovoltaică este un alt exemplu excelent al „adevărului de mijloc” - țările variază foarte mult în ceea ce privește consumul de energie electrică pe unitate de suprafață. Băieții de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts estimează suprafața necesară de fotovoltaic pentru a satisface cererea SUA de energie electrică ca un pătrat de 170x170 km. Aceeași cifră poate fi obținută și empiric: de exemplu, centrala solară modernă Solar Star are o capacitate de 579 MW și o suprafață de 13 km pătrați, sistemul de urmărire solară permite creșterea factorului de utilizare a capacității instalate (IUR) la 30%, iar consumul total de energie electrică în SUA este de 4,1 * 10^15 Wh - o serie de calcule simple îl vor duce pe cititorul curios la același număr. De exemplu, mai jos este o hartă a Statelor Unite, pe care am trasat suprafața necesară a centralelor solare (ajustată pentru factorul de capacitate) pentru a satisface tot consumul de energie electrică din Statele Unite:
Pe baza materialelor de pe GoogleMaps
După cum puteți vedea, nu este dificil să scapi cu o mică parte din deșerturile Arizona și Nevada. Este interesant de adăugat că suprafața totală a tuturor acoperișurilor din SUA este un pătrat de 140x140 km. Dar Japonia are doar de patru ori mai puțin consum de energie în comparație cu Statele Unite și de 25 de ori mai puțină suprafață, așa că pentru Japonia nuanța teritorială a fotovoltaicului este mult mai acută și nu există 90x90 km în plus acolo.
Lecții de istorie: Evoluția evaluărilor potențialului fotovoltaic
Paradoxul lui Hegel spune că „istoria îl învață pe om că omul nu învață nimic din istorie”. În ciuda tinereții energiei solare, astăzi Există deja experiență, care este „fiul greșelilor dificile” și merită să acordați atenție greșelilor anterioare pentru a nu vă multiplica pe ale voastre. Pentru a rezuma previziunile privind energia solară de acum mulți ani de la două agenții energetice de top:
Concluzia este evidentă - fotovoltaica a fost subestimată sistematic și foarte mult: în 2006, AIE a prezis 87 GW pentru 2030, dar acest nivel a fost depășit în șase ani. Previziunea de referință pentru 2009 (208 GW) va fi depășită în 2015-2016. Prognozele EIA, o divizie a Departamentului de Energie al SUA, au fost similare. Esența prognozelor a fost aceeași - o încetinire a dezvoltării exponențiale actuale, dar dezvoltarea fotovoltaicilor a infirmat sistematic aceste premise.
Astfel, a privi dezvoltarea fotovoltaicilor în termeni pesimiști ar fi cel mai probabil o greșeală, ceea ce ne învață retrospectiva. Trebuie menționat și efectul de bază scăzut: în ciuda faptului că generarea solară a crescut cu 50% anual, în cifre absolute aceasta se ridică la aproximativ 30 TWh pentru anii recenti. În timp ce consumul global de energie electrică crește cu o medie de 650 TWh anual. Adică, contribuția fotovoltaicului este încă neglijabilă - 1% din producția globală de energie electrică și 0,2% din producția globală de energie primară (acest parametru include toate sursele de energie: hidrocarburi etc.).
concluzii
Adevărul este la mijloc, între cele două poziții indicate la începutul materialului.- Generarea de energie fotovoltaică este în creștere odată cu de mare viteză iar tendința va continua
- O contribuție semnificativă la generarea globală de energie electrică datorită bazei de curent scăzut va avea loc în cel mai bun caz în anii 2030
Este interesant să privim rezultatele din punct de vedere civilizațional:
În cadrul abordării propuse, se poate argumenta că nișa creată artificial în Europa, în general, a fost umplută și dezvoltarea ulterioară este vagă și va fi determinată de situația economică. Prin urmare, Asociația Europeană de Fotovoltaic prezice dezvoltarea fotovoltaicilor într-o gamă largă: 120-240 GW până în 2020. În ultimii doi ani, vectorul producției și aplicării fotocelulelor a fost redirecționat către Asia, unde în doi ani capacitatea instalată a fotocelulelor o va depăși pe cea a țărilor europene.
