Солнечная энергия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Солнечная энергия

С развитием человеческой цивилизации энергопотребление стало одним из основных показателей качества жизни. Чем выше потребление энергии на душу населения, тем выше качество жизни.

В настоящее время существенная часть потребностей человека может быть удовлетворена за счет использования традиционных углеводородных источников энергии. Однако данная стратегия грозит возможностью энергетического кризиса в будущем. Рано или поздно человечеству придется задуматься о переходе на альтернативные источники энергии. Именно поэтому первостепенными задачами являются разработка, развитие, совершенствование и внедрение технологий использования данных источников энергии.

Это необходимо по ряду причин.

Во-первых, ископаемые, используемые для получения энергии, рано или поздно кончатся. На сегодняшний день по прогнозам экспертов запасы нефти (доля потребления 33% в балансе энергопотребления) иссякнут примерно через 46 лет, газа (23,7% от потребления) - 59 лет, а угля (30,3% от потребления) - 135 лет. Ядерного топлива хватит примерно на 38 лет при условии развития реакторов на быстрых нейтронах.

Во-вторых, немаловажен и фактор экологии, так как следствием использования всех вышеперечисленных источников энергии является огромное количество вредных выбросов или отходов. Учитывая тот факт, что в 2013 году уровень углекислого газа, являющегося основным продуктом сжигания углеводородов, достиг исторического максимума и в дальнейшем будет только расти, развитие альтернативных экологически чистых источников энергии становится одной из ведущих задач на ближайшие десятилетия.

В-третьих. Существенный недостаток - так называемая нефтяная игла или экономика ископаемых ресурсов, в зависимость от которой попадает вся страна. Увеличение же доли потребления альтернативных источников энергии позволит снизить зависимость экономики от цен на энергоносители на внешних рынках, а также будет являться началом развития инновационных отраслей промышленности и энергетики.

Так, например, в России в 2014 году было добыто порядка 640 млрд м 3 газа. Примерно 10% от этой величины не доходит до потребителя, так как тратится на транспортные нужды (к слову, выработка электричества занимает первое место в статье расходов). Очевидно, что для увеличения прибыли предприятия необходимо уменьшать издержки на транспорт и на выработку электроэнергии. К слову, уменьшение транспортных расходов даже на 10% экономит 6-7 млрд м 3, что больше добычи газа в подавляющем количестве стран мира.

Таким образом, остаются два основных пути для решения вышеперечисленных проблем: ресурсосбережение и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии(а именно солнечной), на которой я и хочу остановиться в своей работе.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос.

Замечу, что использование всего лишь 0,0125% количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой? энергетики, а использование 0,5% - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, имеется и ряд преград, возникающих на пути к реализации. альтернативный энергетика солнечный

Одним из наиболее серьезных препятствии? является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 1250 Вт/м 2. Поэтому, чтобы солнечные панели собирали за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей? человечества, нужно разместить их на территории 130 000 км ²!

Однако, несмотря на это имеется и ряд положительных примеров в практике применения солнечной энергии.

Первые попытки использования солнечной? энергии на коммерческой основе относятся к 80-м годам прошлого столетия. Крупнеи?ших успехов в этои? области добилась фирма "Loose Industries" (США). Ею в декабре 1989 г. введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт, причем стоимость 1 кВт·ч энергии составила 7-8 центов. Это ниже, чем на традиционных станциях.

Таким образом, в мире уже сегодня солнечная энергетика весьма интенсивно развивается и занимает заметное место в топливно- энергетическом комплексе ряда стран.

Одним из основных критериев для установки солнечных панелей является наличие необходимой территории. Россия удовлетворяет этому требования сполна.

Рисунок 1 - Количество солнечных часов в субъектах РФ

Как видно из рисунка 1, существует устойчивая зона, проходящая на удалении до 2000 км от южной границы России, где производство электроэнергии при помощи солнца будет выгодно и эффективно, что позволит сократить долю "грязной" энергетики и увеличить инновационную составляющую данного региона. Данные регионы обусловлены огромным количеством солнечной энергии, большим количеством солнечных дней, вследствие чего эти регионы идеально подходят для установки солнечных панелей. Именно здесь можно сполна раскрыть потенциал, заложенный в солнечную энергетику с минимальными финансовыми затратами. Это отличный показатель, с точки зрения солнечной энергетики.

Но, помимо солнечных часов, существует понятие световой мощности или, попросту говоря, количества энергии, падающей на 1 квадратный метр территории. На рисунке 2 можно увидеть области с огромным потенциалом.

Рисунок 2 - Количество солнечной радиации в субъектах РФ

Как видно из данного рисунка, половина страны обладает заложенным потенциалом в количестве 3,5 квт*ч/м 2 в день, что уже неплохо, а южные же области обладают потенциалом более 6 квт*ч/м 2 в день.

Совокупный потенциал солнечной энергии в России оценивается в 2 300 000 млн. т.у.т. Потенциал солнечной энергии наиболее велик на юго-западе (Северный Кавказ, район Черного и Каспийского морей), в Южной Сибири и на Дальнем Востоке.

Значительными ресурсами обладают Калмыкия, Ставропольский край, Ростовская область, Краснодарский край (на котором я и хочу остановиться поподробнее), Волгоградская область, Астраханская область, а так же Алтай, Приморье, Читинская область, Бурятия.

Как уже говорилось ранее, эффективное использование территории РФ позволит уменьшить траты на топливный газ, на электричество для систем обеспечения. Кроме того, использование дополнительного источника электроэнергии позволит повысить энергетическую безопасность объекта, что очень важно в случае непредвиденной ситуации.

В данной работе я хочу рассмотреть компрессорную станцию "Казачья", строящуюся в рамках проекта "Южный коридор". Возникает весьма уместный вопрос: почему же именно эту КС? Во-первых, данная КС расположена на территории Краснодарского края, что является неоспоримым плюсом при использовании солнца в качестве источника альтернативной энергии. Во-вторых, КС "Казачья" является строящимся объектом. На мой взгляд, использование альтернативных источников энергии на уже работающих современных или же еще строящихся объектах - огромный шаг, приближающий эру альтернативной энергетики.

КС "Казачья" будет расположена в Крымском районе Краснодарского края. Ближайшими городами являются Крымск, Новороссийск и Анапа. Суммарная проектная мощность составит 200 МВт. Помимо транспортировки газа она будет обеспечивать его очистку от влаги и примесей. Ежегодная производительность станции - 63 млрд куб. м газа. Восемь газоперекачивающих агрегатов "Казачьей" будут подавать газ под давлением 11,8 МПа на КС "Русская". Оттуда газ будет поступать в "Южный поток".

Данная КС находится в благоприятных погодных условиях. На 45 градусе северной широты. Теплый, солнечный, малодождливый район.

Исходные данные для расчета:

Площадь, которую можно использовать под данные нужды, порядка 100 000 м 2 (полная проектная площадь составляет 105 000 м 2). Дальнейшее увеличение может привести лишь к усложнению процесса и принести большие расходы взамен экономической выгоды.

S = 100 000 м 2

КПД установки = 21,7% / 42,8%

На данный момент КПД реально существующих и действующих солнечных панелей составляет 21,7%. Однако абсолютный рекорд КПД в солнечной энергетике принадлежит американским разработчикам и составляет 42,8%. Но, к сожалению, данной эффективности пока удалось добиться лишь в лабораторных и тепличных помещениях. Промышленное производство данных панелей не налажено, что не позволяет говорить об их эффективности, так как неизвестен ряд факторов, в том числе и главный - цена.

Излучение = 4,8 КВт*ч/день м 2

Данная величина представляет собой среднесуточное излучение на широтах Крымского района - летом значительно больше, а зимой ощутимо меньше.

Предельная мощность установки - 230 Вт/м 2

Данное ограничение накладывает производитель панелей, однако при промышленной работе даже во время максимальной нагрузки мощность не поднимается до данных величин.

Также очевидно, что панели не работают на максимальной нагрузке, средний коэффициент загрузки примерно 0,9-0,95 в первые 5-8 лет эксплуатации и 0,8-0,85 в последующие годы. Срок работы по гарантии оставляет 25 лет. Таким образом, мощность при идеальных условиях при коэффициенте загрузки 0,95 составит максимум 218,5 Вт/м 2 и будет являться недосягаемой большую часть времени работы солнечной панели.

Расчет систем солнечных панелей:

Так как известно местонахождение компрессорной станции (Крымский район Краснодарского края) и среднее значение излучения, необходимо определить количество излучения, которое "падает" на данную территорию:

1) 4,8 * 365 = 1 752 КВт*ч/год м 2

2) На всю территорию в 100 000 м 2: 1 752 * 100 000 = 175 200 000 КВт*ч/год

3) При КПД = 21,7% : 175 200 000 * 0,217 * 0,95 = 36 117 480 КВт*ч/год энергии

При расчете для панелей с КПД 42,8% не использован коэффициент загрузки, так как производители не предоставили конкретных значения. Поэтому в своих расчетах я приму данный коэффициент равным 1.

4) При КПД = 42,8% : 175 200 000 * 0,428 = 74 985 600 КВт*ч/год энергии

Данное значение в настоящий момент времени можно считать эталонным, так как расчет произведен с максимально возможным в лабораторных условиях значением КПД. Кроме того, коэффициент загрузки был принят за 1.

Мощность же будет следующей:

1) 36 117 480/8760/3600 = 1,14 КВт

2) 74 985 600/8760/3600 = 2,38 КВт

Для того, чтобы иметь примерное представление о полученных значениях, рассмотрим электростанцию собственных нужд (ЭСН). Мощность такой станции составляет порядка 6 КВт.

Соответственно при использовании солнечных панелей с КПД равным 21,7% вырабатываемая мощность составляет порядка 19%. Если же использовать солнечные панели с более высоким значением КПД, то можно добиться лучшего результата - 40%.

Экономический расчет:

Денежные вложения:

Для панелей с КПД = 21,7% ориентировочная стоимость составляет 253$ за 1м 2 .

Получаем:

253 * 100 000 = 25 300 000 $

1$ = 71,03 рубль (курс на 17 декабря 2015 года на 22 21)

25 300 000 $ * 71,03 = 1 797 059 000 рублей.

Цена за 1 КВт*ч = 5,03 рубля (согласно тарифам установленным с 1 июля 2015 года по 1 января 2016 года).

Таким образом:

1) 36 117 480 * 5,03 = 181 670 924,4 рублей/год.

Такова сумма за электроэнергию, выработанную панелями с КПД 21,7%.

2) 74 985 600 * 5,03 = 377 177 568 рублей/год

Такова сумма за электроэнергию, выработанную панелями с КПД 42,8%.

И в заключение своей работы хочется подытожить все вышеизложенное.

Главной задачей данной работы являлась разработка предложений по обеспечению электроэнергией КС с использованием альтернативных источников энергии, в частности солнечных панелей.

В качестве источников питания компрессорной станции используются линии электропередач от энергосистемы, электростанции собственных нужд с агрегатами, работающими на газовом или дизельном топливе.

Однако в реальных условиях эксплуатации систем электроснабжения КС возможны нарушения нормального режима работы ЭСН. Исходя из этого, возникает необходимость разработки новых предложений, обеспечивающих бесперебойное снабжение КС электрической энергией (в данном случае использование альтернативных источников энергии, а именно солнечных панелей).

Из приведенных фактов развития мировой энергетики следует, что выработка электроэнергии с использованием фотоэлектрических преобразователей является наиболее перспективным по двум причинам: практически ничем не ограниченный потенциал ежегодно поступающей на землю энергии солнечных лучей, а также быстрый рост эффективности преобразования электромагнитной энергии солнечных лучей в электрическую энергию, что обусловлено широким внедрением наукоемких инновационных технологий.

А на основании расчетов можно сделать вывод: при дальнейшей работе в сфере разработки солнечных панелей следует обратить особое внимание на увеличение КПД, так как данная величина является одним из важнейших показателей эффективности работы солнечной панели. Чем выше численное значение КПД, тем большую мощность способна выработать солнечная панель. И соответственно большую сумму в денежном эквиваленте возможно получить за выработанную энергию.

Размещено на Allbest.ru