Бестопливная энергетика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бестопливная энергетика

Несмотря на то, что сегодня «корзину» генерирующих мощностей Казахстана составляют 69 электрических станций общей установленной мощностью 20620 МВт, планируется дальнейшее наращивание данного потенциала, главным образом, за счет развития сегмента возобновляемых источников энергий (ВИЭ), в большом количестве присутствующих в республике. Наша страна обладает значительными ресурсами ВИЭ: солнечная энергия - 2,5 млрд кВт/ч, ветровая энергия - 1820 млрд кВт/ч, потенциал малых рек - 7,56 млрд кВт/ч, потенциал геотермальных вод - 4,3 ГВт. В Казахстане, где 6089 жителей проживающих в фермерских хозяйствах и отгонных пастбищах, вовсе не подключены к электрическим сетям, вопрос использования нетрадиционных видов энергии остается актуальным.

Данные мониторинга свидетельствуют о том, что выработка электроэнергии объектами возобновляемых источников энергии из года в год увеличивается. К примеру в 2012 году этот объем составил 450,34 млн кВт/ч, что на 6% больше, чем в предыдущим году. Планируется, что 2014 году выработка энергии из возобновляемых источников в стране составит 1% от потребления, а к 2050 году на ВИЭ должно приходиться не менее половины всего совокупного энергопотребления в республике. На это, по крайней мере, рассчитывают в правительстве.

электроэнергия возобновляемый солнечный энергетика

Через Закон - в обход «топливных традиций»

Президент Казахстана Нурсултан Назарбаев в июле 2013 года подписал закон «О внесении изменений и дополнений в некоторые законодательные акты Республики Казахстан по вопросам поддержки использования возобновляемых источников энергии». Подписание состоялось после того, как в июне казахстанский парламент одобрил данный документ, на создание благоприятных условий для выработки электроэнергии из возобновляемых источников. Фиксированный тариф включает в себя инвестиционные и эксплуатационные затраты, а также затраты на подключение к сети. Срок действия таких тарифов тоже будет фиксированным.

В законе закреплена норма о том, чтобы покупка электроэнергии, произведенной ВИЭ, осуществлялась единым расчетно - финансовым центром, создаваемым при системном операторе (KEGOC). Данный центр будет перераспределять купленную электроэнергию всем потребителям Единой электроэнергетической системы Казахстана. К слову, подобный подход успешно используется в Австрии и Италии. Как полагают законотворцы, создание отдельной специализированной организации по ВИЭ повысит уверенность инвесторов в полном и эффективном внедрении политики и в целях поддержки ВИЭ.

Важно, что индивидуальным потребителям, расположенным в отдаленных не электрифицированных районах страны, предусматривается адресная помощь. Государство будет компенсировать 50% их затрат на приобретение у казахстанских производителей установок по использованию ВИЭ мощностью до 5 кВт. По расчетам Министерства индустрии и новых технологий (МИНТ) РК, стоимость такой установки для одного дома составляет 4430 тыс. тенге. При этом правительство планирует ежегодно покрывать часть затрат для 401 хозяйств, не имеющих подключения к электросети и пользующихся установками, работающими от ВИЭ. Все это даст инвесторам дополнительные гарантии по возвратности вложенных средств, поможет внести ясность в вопросы образования тарифов.

Закон также предусматривает создание условий для реализаций индивидуальными пользователями излишков электрической энергии, вырабатываемой от ВИЭ, в сети общего пользования. К примеру: в Германии уже несколько лет действует государственная программа «Сто солнечных крыш», а в США - аналогичная программа «Миллион солнечных крыш». По условиям германской программы, владелец дома первоначально единовременно платит достаточно большую сумму за установку солнечных батарей, после чего всю выработанную электроэнергию отдает в единую энергосистему по гарантированному фиксированному тарифу, используя при этом электроэнергию из общей сети по рыночному тарифу. В результате установка солнечных батарей окупается буквально за несколько лет.

Закон предусматривает внесение изменений и дополнений в ряд кодексов и законов.

В конце января текущего года правительством был принят План мероприятий по развитию альтернативной и возобновляемой энергетики в Казахстане на 2013-2020 годы, состоящий из пяти направлений:

принятие мер для поддержки и использования ВИЭ;

развитие и исследование специалистами области ВИЭ;

развитие местного содержания;

популяризация политики ВИЭ;

реализация конкретных проектов в области ВИЭ.

В ближайшей перспективе будет создан Институт электроэнергетики и энергоэффективности.

Как полагают в МИНТ РК, предлагаемые меры позволят увеличить объем существующих мощностей ВИЭ к 2020 году. Согласно плану, выработка электроэнергии из ВИЭ в 2014 году составит 1%, а в 2020 году - 3% от общего объема потребления.

Если оценивать долю ВИЭ согласно положениям действующего законодательства, это не более 0,5%. Однако, учитывая мировую статистику, согласно которой все гидроэлектростанции относятся к ВИЭ, можно отметить, что доля ВИЭ от объема генерации в Казахстане составляет 10%.

Так, по данным министерства, согласно принятому правительством плану, к 2020 году ожидается действие 1040 МВт мощностей ВИЭ, из которых 13 ветроэлектростанций - 793 МВт; 14 ГЭС - 170 МВт; 4 солнечные электростанции - 77 МВт. К 2030 году доля суммарной выработки альтернативных и возобновляемых источников энергии достигнет 30%, к 2050 году - 50%. В частности, к 2030 году казахстанская энергокорзина в случае высокой внутренний цены на газ будет включать 11% ветряных и солнечных источников, 8% атомных, 10% гидроисточников, 21% источников на газе и 49% генерации на угле. Уже к 2050 году доля ветряных и солнечных источников энергии вырастет до 39%, доля АЭС и ГЭС - до 14%, доля станций на газе составит 16%, и оставшийся 31% будет приходиться на угольные станции, модернизированные или основанные на чистых угольных технологиях. В целом объем инвестиций, необходимый для перехода на «зеленую экономику», составит порядка 1% ВВП ежегодно, что эквивалентно 3-4 млрд долларов в год.

Энергия природы - в нужное русло

Для Казахстана тема вовлечения возобновляемых источников энергии в общереспубликанский энергобаланс вовсе не новая. К сегодняшнему дню здесь уже имеется более десяти запущенных проектов в области ВИЭ. Несмотря на малые мощности пилотных проектов, в МИНТ считают их очень показательными.

Так, в Астане реализуются проекты для автономного использования. Речь, в частности, идет об инсталляции установок Болотова в Рождественском кордоне и новом Дворце школьников. В столице известен и проект с использованием солнечной энергии - «Солнечная крыша», реализованный совместно Казахстаном и Германией. 42 солнечные панели были установлены на крыше Евразийского национального университета им. Л. Гумилева. Они смогут обеспечить электрической энергией несколько аудиторий ВУЗа. Установка при мощности 10 кВт будет генерировать энергию в размере 12.350 кВт/ч в год. Запуску проекта «Солнечная крыша» способствовал заключенный в начале 2012 года Меморандум о взаимопонимании между МИНТ РК и немецким энергетическим агентством Dena.

На площадке Ерейментау в Акмолинской области будет реализован проект строительства «под ключ» первой крупной в Казахстане ветровой электрической станции (ВЭС) мощностью 45 МВт. Договор на открытие кредитной линии на сумму 14,2 млрд тенге подписан между ТОО «Первая ветровая электрическая станция» (100% дочерняя организация ТОО Samruk-Green Energy) и Евразийским банком развития. Новая станция будет вырабатывать электрическую энергию в объеме более 172 млн кВт/ч в год без расхода углеводородного топлива, экономя при этом более 60 тыс. тонн угля. Проект будет способствовать повышению надежности поставок электроэнергии в регионе.

На горных речках Алматинской области на сегодняшний день уже введено в эксплуатацию 5 малых ГЭС с общей установленной мощностью порядка 20 мегаватт (19,4 МВт). В будущем здесь ожидается строительство малых ГЭС на реке Коксу мощностью 42 МВт и ветропарка в Шелекском коридоре мощностью 51 МВт, реализуемое частным инвестором - компанией Green Energy Almaty. В рамках Меморандума о сотрудничестве между АО «Самрук-Энерго» и акиматом Алматинской области по данному проекту в прошлом году ТОО Samruk-Green Energy (100% «дочка» АО «Самрук-Энерго») и АО «НК «СПК Жетысу» подписали договор купли - продажи 51% доли в уставном капитале ТОО «Энергия Семиречья» (дочерняя компания АО «НК «СПК Жетысу»). Шелекский коридор был выбран местом сроительства ВЭС не случайно. Среднегодовая скорость здесь на высоте 50 метров составляет - 7,8 м/с, плотность потока - 310 Вт/м². Власти ожидают, что строительство новых генерирующих объектов, в том числе ветровых электрических станций, на территории Алматинской области в значительной степени уменьшит существующий энергодефицит в регионе.

Кроме того, ТОО Samruk-Green Energy и компания KD Stahl-und Maschinenbau GmbH из ФРГ заявили о реализации совместного проекта «Строительство завода по производству ветровых электрических станций малой мощности в свободной экономической зоне «Парк инновационных технологий». Планируемые к производству малые ветроустановки имеют различную мощность - от 300 Вт до 7 кВт. Основным их преимуществом является производство электрической энергии при малых скоростях ветра (от 2 м/с) независимо от его правления.

Также в Алматинской области успешным примером в области ВИЭ является проект, реализованный совместно корейской стороной, - «Зеленая деревня», позволивший полностью обеспечить село Сарыбулак электроэнергией и водой только с помощью использования источников возобновляемой энергии на протяжений всего года. Село, состоящее из 16 домов с населением в течение 70 человек, не было обеспечено электрической энергией порядка 18 лет. Жители вынуждены были употреблять подземную соленую воду. В результате запуска проекта данная проблема была разрешена.

В числе крупных проектов не только региона, но и страны - начало реализаций АО «Самрук-Энерго» проекта «Строительство солнечной электростанции мощностью 2 МВт в г. Капчагай» в Алматинской области. В рамках его выполнения 1 октября 2012 года в Астане был подписан договор о закупке комплексных работ по проектированию, поставке и строительству «под ключ» проекта с британской компанией BISOL, CentralAsiaLtd, 100%-ой «дочкой» BISOL Group (Республика Словения), являющейся производителем солнечных панелей высокого качества. Строительство электростанции продлится 4-5 месяцев. К слову, на сегодняшний день строительство солнечной электростанции является первым в Республике Казахстан проектом в промышленном масштабе, где будут использованы передовые технологии (70% фиксированных 30% следящих систем) и наиболее эффективное оборудование (монокристаллические панели). После завершения строительства объекта оператором и владельцем солнечной электростанции будет ТОО Samruk-Green Energy.

Проект, схожий с «Зеленой деревней» под Алматы, был запушен в Кызылординской области благодаря усилиям местного акимата. Решения вопроса энергообеспечения удаленного населенного пункта-села Ажар - было решено за счет инсталляции ветро-дизельной электрической установки (ВДЭУ). В этой же области будет построена самая крупная электростанция в стране. При выходе на проектную мощность она будет вырабатывать 50мВт/ч электроэнергии в год. Инвесторами проекта, стоимость которого составляет $100 млн, выступают «Самрук-Казына Инвест» (еще одна «дочка» АО «Самрук-Казына»), ТОО «Одиссей Инвестмент Групп» и китайская ET Solar Group. Первую электроэнергию станция начнет вырабатывать с декабря 2013-го, а на проектную мощность выйдет в 2014 году. Кроме того, в Кызылординской области ТОО «КаР-Тел» (бренд Beeline Казахстан) запустило первую базовую станцию, электропитание которой производится с использованием силы солнца и ветра. В светлое время суток световая энергия преобразуется в электрическую. Параллельно с этим, при наличии ветра дополнительная энергия вырабатывается ветрогенератором. При отсутствии солнца и ветра питание базовой станции осуществляется за счет аккумуляторных батарей. А если нет того или иного источника энергии, то запускается дизельное генераторное устройство. Реализация проекта позволила сотрудникам нефтяных компаний, следующих по трассе Кызылорда-Кумколь, всегда быть на связи.

Современные технологии позволяют полностью обеспечить дом электроэнергией лишь за счет солнечных батарей. Система такого “солярного дома” должна состоять из самих батарей, инверторов, аккумуляторов и отводов к электроприборам. Для пущей эффективности подобные объекты снабжают коллекторами и всевозможными теплоизоляционными и энергосберегающими материалами.

В летнее время (в климатических условиях Алматы) одна среднестатистическая батарея с КПД 14-16 процентов может производить до 6 киловатт-часов энергии. И если хозяева дома потребляют, например, 60 киловатт-часов, то для обеспечения их электроэнергией понадобится около 10 таких батарей. Или 4-6 квадратных метров площади крыши для них. (Здесь по программе числа должны совпасть, если не совпадают в тексте поменять)

Стоить такое удовольствие будет не очень дорого. В зависимости от многих факторов и условий инвестиции в солярный дом могут составить от 3 до 7 евро за каждый ватт пиковой мощности батареи, но специалисты, практикующие установку подобных систем, говорят, что затраты на строительство одинакового дома с солнечной системой питания и без нее разнятся на 10-15 процентов.

Некоторые коттеджи в Алматы уже оснащены солнечными батареями, которые используются в качестве дополнительного источника энергии. А в 2009 году в Актау заработал завод по изготовлению таких батарей.

Да, технологии генерирования солнечной энергии в электричество еще не достигли нужного уровня в своем развитии, чтобы полностью перевести дома на автономное энергоснабжение такой формы. Тем не менее даже 20-процентное замещение электроэнергии, получаемой традиционными путями, на альтернативные источники питания поможет сэкономить и на пятую часть сократить потребление ископаемых энергоресурсов. А главное, значительно сократить собственные расходы на электроэнергию.

Многие казахстанцы уже стали применять так называемые солнечные коллекторы - установки, собирающие, сохраняющие и передающие тепло солнца. В простейшей версии все выглядит так: на крыше дома устанавливается панель, состоящая из тоненьких трубочек, по которым в специальный бак-аккумулятор подается вода.

Солнце нагревает эту воду (причем вплоть до 90 градусов за пару часов) и ее смело можно использовать для обогрева или горячего водоснабжения. А если добавить сюда кремниевые солнечные элементы, то экономить на горячей воде и отоплении можно будет еще больше. И летом, и зимой. Коммунальные платежи при таком раскладе сократятся на 50-70 процентов. А расходы на оборудование можно будет оправдать за несколько лет (при том, что срок службы стандартной солнечной батареи составляет 25 лет).

В глобальном же масштабе все это будет выглядеть еще лучше: потребители будут экономить, нагрузка на инфраструктуру снизится, а энергетики смогут подключать новых потребителей.

В 2012-2014 годах германская Promondis EnergyGmbH, являющаяся частью Walther Gebhardt Gruppe, планирует инвестировать свыше $200 млн в реализацию проектов, связанных с возобновляемыми источниками энергии, в Южно-Казахстанской области (ЮКО). Заниматься реализацией проектов будет совместное предприятие (СП) «Онтустик Гриин Энерджи». Так, в регионе планируется поэтапное строительство четырех фотовольтаических станций суммарной мощностью 100 МВт, завода по производству светодиодных ламп мощностью 250 тыс. штук в год и завода по сборке инверторов (преобразователей электроэнергии от возобновляемых источников энергии) мощностью 3 тыс. штук в год. Также в текущем году должна заработать 2-х мегаваттная малая ГЭС в селе Кошкар-ата в Южном Казахстане.

В Жамбылской области тайваньская компания NanoWin Technology Co выступает инвестором в проекте строительства солнечной электростанции (СЭС), где ее партнером является ТОО «Жамбылские электрические сети». В 2013 году инвестором при поддержке властей области намечена реализация первого этапа проекта строительства СЭС мощностью 5 МВт и стоимостью около $10 млн, по результатам которого будут определены преимущества и риски строительства подобных станций на территории области. После запуска СЭС NanoWin Technology Co собирается приступить к реализации проекта строительства в области завода по выпуску тонкопленочных фотоэлектрических панелей (солнечных батарей) мощностью до 60 МВт в год и стоимостью около $160 млн, с использованием технологии CIGS. Инвестором и акиматом в дальнейшем планируется строительство еще нескольких СЭС - так называемого парка СЭС, планируемая мощность каждой из которых будет составлять до 20 МВт. Новые станции планируется обеспечивать фотоэлектрическими панелями, которые будет выпускать новый завод. К слову, на сегодняшний день в области уже работает Отарская СЭС, отпускной тариф на электроэнергию у которой составляет 23,4 тенге за кВт/час, что уже является одним из самых низких в мире тарифов для СЭС. Заявленная инвестором эффективность солнечных модулей на базе прогрессивной технологии CIGS позволит предложить еще более конкурентоспособный тариф - 22,4 тенге за 1 кВт/ч. До конца текущего года в Жамбылской области ожидается запуск первой очереди ветропарка в Кордайском районе, малых ГЭС на реке Каракыстак и Тас-Откельском водохранилище.

При постоянном росте тарифов на электрическую энергию вопрос энергообеспечения крестьянские хозяйства Костанайской и Северо-Казахстанской областей разрешили путем строительства объектов ВИЭ. В Карасуском районе Костанайской области инсталлирована первая в Казахстане биогазовая установка, а в селе Новоникольское Северо-Казахстанской области - 1,5-мегаваттная ветроэлектростанция.

В Восточно-Казахстанской области казахстанско-испанское предприятие Spain Consulting приступит к строительству ветростанции в Уланском районе мощностью 24 МВт. До конца года планируется также запустить первую очередь ветропарка в Кордайском районе, малых ГЭС на реке Каракыстак и Тас-Откельском водохранилище Жамбылской области.

Совместно с корейской компанией ТОО «ДМК-Ко» планируется возведение ветроэлектростанции вблизи г. Форт-Шевченко Мангистауской области суммарной мощностью 19,5 МВт.

А в Караганде французская компания Opus Platform выступает партнером акимата области и социально - предпринимательской корпарации «Сарыарка» по проекту так называемой «солнечной фермы», площадь которой составляет 20 гектаров, а мощность - 1 МВт. Кроме того, эта же компания планирует поставить в регион ветровые установки и создать заводы по производству биогаза. Несмотря на отсутствие горных рек в Карагандинской области, в конце 2012 года здесь была запущена гидроэлектростанция мощностью 3,7 МВт на Ынтымакском водохранилище.

Известно и о проекте французской Total по разработке модуля С7 по переработке солнечной энергии, которую компания предложила протестировать Казахстану. Установка оснащена специальной оптической системой, использующей стеклянные зеркала, которые фокусируют 7 отражений солнечных лучей на каждую ячейку. Кроме того, специальная система слежения позволяет зеркалам поворачиваться вслед за солнцем и сохранять максимальную освещенность солнечным светом. Предположительно обслуживание и мониторинг оборудования могут быть осуществлены в сотрудничестве с Назарбаев Университетом.

Реализация этих и других проектов по использованию возобновляемых источников энергии в Казахстане будет успешна лишь в том случае, если правительство и впредь будет оказывать существенную поддержку их инвесторам.

Солнечная энергия попадая на солнечную панель преобразуется в электрическую и поступает на преобразователь, который может генерировать ее с постоянного напряжения 12 вольт до 220 вольт переменного тока. Одновременно с этим подзаряжается аккумулятор. Это происходит в течение всего светового дня. При минимальной нагрузке 100 ватт, солнечная батарея работает 6 часов. Нагрузке 100 ватт соответствуют пять светодиодных лампочек по 20 ватт. Энергии, вырабатываемой этим комплектом, хватит и для того, чтобы подключить кроме пяти ламп, DVD проигрыватель и небольшой телевизор. Однако в этом случае энергии батареи хватит на 4 часа непрерывной работы. Вопреки распространенному мнению, солнечная батарея не нуждается в прямых солнечных лучах. Она может работать и в пасмурную погоду. Ее не нужно поворачивать вслед за солнцем, что приходилось делать в ранних выпусках солнечных установок, до открытия кремниевых полупроводников.

Термовоздушные электростанции - происходит преобразование солнечной энергию в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор.

Солнечные аэростатные электростанции - происходит генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием. Преимущество -- запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

Достоинства солнечной энергетики

А) Общедоступность и неисчерпаемость источника.

Б) Теоретически, полная безопасность для окружающей среды (однако в настоящее время в производстве фотоэлементов и в них самих используются вредные вещества). Существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Недостатки солнечной энергетики

Фундаментальные проблемы

А) Из-за относительно небольшой величины солнечной постоянной для солнечной энергетики требуется использование больших площадей земли под электростанции (например, для электростанции мощностью 1 ГВт это может быть несколько десятков квадратных километров). Однако, это недостаток не так велик, например, гидроэнергетика выводит из пользования заметно большие участки земли. К тому же фотоэлектрические элементы на крупных солнечных электростанциях устанавливаются на высоте 1,8--2,5 метра, что позволяет использовать земли под электростанцией для сельскохозяйственных нужд, например, для выпаса скота.

Проблема нахождения больших площадей земли под солнечные электростанции решается в случае применения солнечных аэростатных электростанций, пригодных как для наземного, так и для морского и для высотного базирования.

Б) Поток солнечной энергии на поверхности Земли сильно зависит от широты и климата. В разных местах среднее количество солнечных дней в году может различаться очень сильно.

Технические проблемы

А) Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме того, мощность электростанции может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды. Для преодоления этих недостатков нужно или использовать эффективные электрические аккумуляторы (на сегодняшний день это нерешённая проблема), либо строить гидроаккумулирующие станции, которые тоже занимают большую территорию, либо использовать концепцию водородной энергетики, которая также пока далека от экономической эффективности.

Проблема зависимости мощности солнечной электростанции от времени суток и погодных условий решается в случае солнечных аэростатных электростанций.

Б) Дороговизна солнечных фотоэлементов. Вероятно, с развитием технологии этот недостаток преодолеют. В 1990--2005 гг. цены на фотоэлементы снижались в среднем на 4 % в год.

В) Недостаточный КПД солнечных элементов (вероятно, будет вскоре увеличен).

Г) Поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений. При их площади в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения.

Д) Эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве, поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.

Е) Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.

Экологические проблемы

А) Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., а их производство потребляет массу других опасных веществ. Современные фотоэлементы имеют ограниченный срок службы (30--50 лет), и массовое применение поставит в ближайшее же время сложный вопрос их утилизации, который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения.

В последнее время начинает активно развиваться производство тонкоплёночных фотоэлементов, в составе которых содержится всего около 1 % кремния. Из-за низкого содержания кремния тонкоплёночные фотоэлементы дешевле в производстве, но пока имеют меньшую эффективность. Так, например, в 2005 г. компания «Shell» приняла решение сконцентрироваться на производстве тонкоплёночных элементов, и продала свой бизнес по производству кремниевых фотоэлектрических элементов.

Размещено на Allbest.ru