”–ќ » ‘” ”—»ћџ: ≈—“№ Ћ» јЋ№“≈–Ќј“»¬ј ј“ќћЌќ… ЁЌ≈–√≈“» ≈?

”–ќ » ‘” ”—»ћџ: ≈—“№ Ћ» јЋ№“≈–Ќј“»¬ј ј“ќћЌќ… ЁЌ≈–√≈“» ≈?

ћенее чем через двадцать п€ть лет после „ернобыльской катастрофы мир стал свидетелем аварии на јЁ— Ђ‘укусимаї в японии с зоной отчуждени€ и последстви€ми, близкими к „ернобылю.

≈сли из четырех блоков „ернобыльской јЁ— был разрушен один, а остальные три проработали еще дес€ть лет, то на Ђ‘укусиме-1ї четыре блока полностью разрушены и уже никогда не будут работать. —то тыс€ч человек были вынуждены покинуть свои дома. ‘абрика по производству ча€, расположенна€ в 300 километрах от јЁ—, остановлена из‑за заражени€ чайных плантаций радиоактивным цезием. јвари€ на Ђ‘укусимеї снова показала, что €дерна€ энергетика неконтролируема и опасна.

 

¬ поисках вариантов

ѕрезидент —Ўј Ѕарак ќбама во врем€ посещени€ фабрики по производству фотоэлектрических систем в  алифорнии за€вил:

Ц Ќаци€, котора€ лидирует в экономике чистой энергетики, возможно, будет лидером в глобальной экономике.

ѕравительство —Ўј выделило из бюджета 2,36 миллиарда долларов на повышение эффективности использовани€ возобновл€емых энергоресурсов, в том числе 500 миллионов Ц на гарантии по кредитам на развитие ¬»Ё в объеме до 3‑5 миллиардов долларов. Ѕудет продолжено финансирование трех инновационных энергетических центров по солнечной энергетике, проектам домов с нулевым потреблением и по проблемам аккумулировани€ электроэнергии.

ј что же –осси€? ѕрезидент ƒмитрий ћедведев за€вил, что Ђу атомной энергетики нет альтернативыї, и, по‑видимому, это за€вление подготовлено –осатомом.

Ќа самом деле альтернатива у атомной энергетики есть. –азличие между „ернобылем и ‘укусимой состоит в том, что сегодн€ мы имеем развитые альтернативные энергетические технологии бестопливной возобновл€емой энергетики.

”становленна€ мощность электростанций, использующих возобновл€емые источники энергии (¬»Ё) (ветрова€, солнечна€, геотермальна€ и морска€ энергетика, биоэнергетика и мала€ гидроэнергетика), превысила в 2010 году установленную мощность јЁ— в мире и составила 388 √¬т (рост на 60 √¬т по сравнению с 2009 годом). ќбъем инвестиций в мировую возобновл€емую энергетику составил в 2010 году 243 миллиарда долларов, рост инвестиций Ц 630 процентов с 2004 года. ѕервое место в мире занимает  итай с 25‑процентой долей инвестиций (54,4 миллиарда долларов); √ермани€ на втором месте (41,2 миллиарда долларов); и на третьем месте Ц —Ўј (34 миллиарда долларов). ¬етрова€ энергетика лидирует среди других видов ¬»Ё по объемам инвестиций Ц 95 миллиардов долларов.

ѕо темпам роста первое место занимает солнечна€ энергетика. ¬ 2010 году в мире построено 22,7 √¬т солнечных электростанций (—Ё—), в том числе в √ермании Ц 7 √¬т, в »талии Ц 5,6 √¬т, в „ехии Ц 1,2 √¬т, в японии Ц 1 √¬т. “емпы роста производства —Ё— составили 118 процентов по сравнению с 2009 годом. ¬ конце 2011 года установленна€ мощность —Ё— в мире достигнет 66 √¬т. Ќи одна отрасль промышленности в мире, включа€ телекоммуникации и производство компьютеров, не имела таких темпов роста. ƒл€ сравнени€, в 2010 году в мире завершено строительство трех јЁ— общей мощностью 3 √¬т, которое продолжалось более п€ти лет.

¬ –оссии наличие уникальных запасов углеводородного сырь€ не €вл€етс€ преп€тствием дл€ развити€ ¬»Ё. Ѕольшие ресурсы энергоносителей позвол€ют –оссии не делать стратегических ошибок в выборе оптимальных технологий и направлений развити€ ¬»Ё и создать с учетом опыта западных стран,  ита€ и японии собственные инновационные технологии и крупномасштабные проекты использовани€ ¬»Ё. ћасштабное развитие использовани€ ¬»Ё в –оссии должно базироватьс€ на оригинальных инновационных российских технологи€х.

 

—олнечные технологии

¬ мире 95 процентов всех —Ё— изготавливают из кремни€. —одержание кремни€ в земной коре Ц 29,5 процента, это второе место после кислорода, содержание урана Ц 0,0003 процента. Ќесмотр€ на то что кремни€ в земной коре больше, чем урана, в 98 300 раз, стоимость монокристаллического кремни€ лишь немного уступает стоимости урана, что св€зано с устаревшей гр€зной хлорной технологией производства (—именс-процесс). ¬о ¬сероссийском институте электрификации сельского хоз€йства (¬»Ё—’) разработаны уникальные бесхлорные технологии получени€ кремни€ с низкими энергетическими затратами, на которые получено восемь патентов –‘ и —Ўј.

ƒругой подход заключаетс€ в снижении расхода кремни€ на один мегаватт мощности с 6‑8 тонн в насто€щее врем€ в сто - тыс€чу раз за счет использовани€ новых типов концентраторов и матричных кремниевых солнечных элементов (ћ—Ё), разработанных в –оссии.

¬о ¬»Ё—’е разработаны и запатентованы солнечные концентраторы со слежением за —олнцем и без слежени€ за —олнцем. ќба типа концентраторов обеспечивают равномерное освещение солнечных фотоэлектрических модулей, что исключительно важно при эксплуатации —Ё— с концентраторами. Ќеслед€щие концентраторы концентрируют не только пр€мую, но и большую часть диффузной (рассе€нной) радиации в пределах апертурного угла, что увеличивает установленную мощность —Ё— и производство электроэнергии.

—озданные во ¬»Ё—’е ћ—Ё из кремни€ обладают  ѕƒ 20 процентов при п€тидес€титыс€чекратной концентрации солнечного излучени€. «апатентованные в –оссии двусторонние планарные —Ё и ћ—Ё прозрачны дл€ неактивной инфракрасной области спектра, что снижает нагрев фотоприемника и затраты на его охлаждение. ѕреимуществом ћ—Ё €вл€етс€ генераци€ высокого напр€жени€ 15‑20 ¬ на один погонный сантиметр рабочей поверхности.

Ќа испанской солнечной электростанции ЂЁвклидї с концентратором пиковой мощностью 480 к¬т дл€ получени€ рабочего напр€жени€ 750 ¬, необходимого дл€ присоединени€ к бестрансформаторному инвертору, использовались последовательно соединенные планарные солнечные кремниевые модули общей длиной 84 метра. ћ—Ё напр€жением 750 ¬ в длину в 191 раз меньше Ц 0,44 метра, при этом ћ—Ё имеет рабочий ток в сотни раз меньше, чем планарные —Ё одинаковой мощности и, как следствие, низкие коммутационные потери. ѕриемник на основе ћ—Ё длиной 84 метра будет иметь напр€жение 150 к¬, и в этом случае —Ё— может быть подключена к высоковольтной ЋЁѕ посто€нного тока без промежуточных трансформаторов, выпр€мителей и других преобразующих устройств.

 

÷ена Ђсолнцаї

ћ—Ё из кремни€ в сотни раз дешевле солнечных элементов на основе каскадных гетероструктур на единицу площади, технологи€ ћ—Ё не требует применени€ серебра, многостадийной диффузии, фотолитографии, сеткографии, эпитаксии, текстурировани€ и других трудоемких операций, используемых на зарубежных заводах.

¬се существующие в мире конструкции, материалы и технологии изготовлени€ солнечных модулей обеспечивают срок службы модулей в двадцать лет в тропическом климате и двадцать п€ть Ц в умеренном климате с потерей до 20 процентов мощности к концу срока службы. ѕричина Ц ультрафиолетова€ и температурна€ деградаци€ оптических полимерных герметизирующих материалов Ц этиленвинилацетата и других пластиков. »спользуема€ технологи€ ламинировани€ модулей включает вакуумирование, нагрев до 150º и прессование с затратами электроэнергии 80 000 к¬т-ч на изготовление 1 ћ¬т солнечных модулей.

¬ новой технологии, разработанной во ¬»Ё—’е, этиленвинилацетат и технологи€ ламинировани€ заменены на заливку силиконовой композиции с последующим отверждением жидкой компоненты в полисилоксановые гели. ѕри этом срок эксплуатации солнечных модулей увеличиваетс€ в два раза, до сорока-п€тидес€ти лет, возрастает электрическа€ мощность модулей благодар€ более высокой прозрачности гел€ и снижению рабочей температуры —Ё, снижаютс€ энергозатраты на изготовление модулей на 70 000 к¬т-ч / ћ¬т.  роме того, удвоение срока службы увеличивает производство электроэнергии на 20 миллионов к¬т-ч на 1 ћ¬т пиковой мощности.

ћинимальна€ стоимость солнечных модулей из кремни€ на оптовом европейском рынке составл€ет 1250 евро / к¬т, на американском рынке Ц 1700 долларов / к¬т. —тоимость изготовлени€ —Ё— под ключ составл€ет дл€ сетевых компаний 3400 долларов / к¬т, дл€ владельцев домов 6500 долларов / к¬т. ћинистерство энергетики —Ўј в августе 2010 года объ€вило о программе снижени€ к 2012 году стоимости производства сетевых —Ё— до 1000 долларов / к¬т, а солнечных модулей Ц до 500 долларов / к¬т. —тоимость изготовлени€ солнечных модулей составл€ет 50 процентов от стоимости —Ё—, еще 50 процентов стоимости включает закупку сетевого инвертора, металлоконструкций, кабелей и строительно-монтажные работы.

Ќа региональном уровне в »талии и других странах мира и в р€де регионов –оссии достигнут паритет цен между тарифами на электроэнергию от сети и ценой электрической энергии от —Ё—. Ќапример, в  алмыкии,  урской области, в р€де районов якутии, „укотки стоимость электроэнергии дл€ юридических лиц составл€ет 7‑9 рублей за к¬т-ч (0,25‑0,32 доллара / к¬т-ч), что соизмеримо с существующей ценой электроэнергии от —Ё—. ¬езде, где используютс€ дизельные электростанции, тарифы на электроэнергию выше, чем стоимость электроэнергии от —Ё—.

¬ ближайшие годы  ѕƒ ћ—Ё из кремни€ будет увеличен до 25‑30 процентов при работе с концентратором. ќднако уже сейчас использование новых технологий кремни€, концентраторов и ћ—Ё позвол€ет создавать солнечные электростанции, конкурентоспособные с электростанци€ми, работающими на угле.

 

Ёнерги€ и экологи€

„еловечеству не грозит энергетический кризис, св€занный с истощением запасов нефти, газа, угл€, если оно освоит технологии использовани€ возобновл€емой энергии. ¬ этом случае будут также решены проблемы загр€знени€ среды обитани€ выбросами электростанций и транспорта, обеспечени€ качественными продуктами питани€, получени€ образовани€, медицинской помощи, увеличени€ продолжительности и качества жизни. —Ё— создают новые рабочие места, улучшают качество жизни и повышают энергетическую безопасность и независимость владельцев —Ё— за счет бестопливного и распределенного производства энергии.

–азрабатываютс€ технологические процессы производства компонентов —Ё—, в которых экологически неприемлемые химические процессы травлени€ и переработки замен€ютс€ на вакуумные, плазмохимические, электронно-лучевые и лазерные процессы. —ерьезное внимание удел€етс€ утилизации отходов производства, а также переработке компонентов —Ё— после окончани€ срока службы.

ѕри использовании —Ё— органически сочетаютс€ природные ландшафты и среда обитани€ с энергетическими установками. —Ё— образуют пространственно-архитектурные композиции, которые €вл€ютс€ солнечными фасадами или солнечными крышами зданий, ферм, торговых центров, складов, крытых автосто€нок, теплиц. Ќа территории —Ё— можно размещать виноградники, розарии и выращивать экологически чистые сельскохоз€йственные культуры.

 

¬олноводные методы передачи энергии

¬ св€зи с развитием объединенных энергосистем в ≈вропе, —еверной и ёжной јмерике и предложени€ми по созданию глобальной солнечной энергосистемы по€вились задачи по созданию технологии передачи тераваттных трансконтинентальных потоков электрической энергии. ¬ конкуренцию между системами передачи на переменном и посто€нном токе может вступить третий метод: резонансный волноводный метод передачи электрической энергии на повышенной частоте, впервые предложенный Ќиколой “еслой в 1897 году и детально разработанный во ¬»Ё—’е в 1995‑2010 годах.

 рупные энергетические компании во многих странах мира вкладывают гигантские средства и научные ресурсы в создание технологии высокотемпературной сверхпроводимости дл€ снижени€ джоулевых потерь в линии.

—уществует другой, веро€тно, более эффективный способ снижени€ потерь в магистральных и межконтинентальных лини€х электропередачи: разработать регулируемые резонансные волноводные системы передачи электрической энергии на повышенной частоте 1‑100 к√ц, которые не используют активный ток проводимости в замкнутой цепи. ¬ волноводной однопроводниковой линии нет замкнутого контура, нет бегущих волн тока и напр€жени€, а есть сто€чие (стационарные) волны реактивного емкостного тока и напр€жени€ со сдвигом фаз 90º. «а счет настройки резонансных режимов, выбора частоты тока в зависимости от длины линии можно создать в линии режим пучности напр€жени€ и узла тока (например, дл€ полуволновой линии). ѕри этом из‑за отсутстви€ активного тока, сдвига фаз между сто€чими волнами реактивного тока и напр€жени€ 90º и наличи€ узла тока в линии отпадает необходимость и потребность в создании в такой линии режима высокотемпературной проводимости, а джоулевы потери станов€тс€ незначительными в св€зи с отсутствием замкнутых активных токов проводимости в линии и незначительными величинами незамкнутого емкостного тока вблизи узлов стационарных волн тока в линии.

Ќова€ физика электрических процессов, св€занна€ с использованием не активного, а реактивного тока, позволит решить три главные проблемы современной электроэнергетики:

Х создание сверхдальних линий передачи с низкими потер€ми без использовани€ технологии сверхпроводимости;

Х увеличение пропускной способности линий;

Х замена воздушных линий на кабельные однопроводниковые волноводные линии и снижение сечени€ токонесущей жилы кабел€ в двадцать-п€тьдес€т раз.

¬ экспериментальной резонансной однопроводниковой системе передачи электрической энергии, установленной в экспериментальном зале ¬»Ё—’а, мы передавали электрическую мощность 20 к¬т при напр€жении 6,8 к¬ на рассто€ние 6 м по медному проводнику диаметром 80 мкм при комнатной температуре, при этом эффективна€ плотность тока в проводнике составила 600 ј / мм2, а эффективна€ плотность мощности Ц 4 ћ¬т / мм2.

»з других применений резонансной электроэнергетики, основанной на незамкнутых токах, следует выделить бесконтактный высокочастотный электротранспорт, создание местных энергетических систем с использованием возобновл€емых источников энергии, соединение офшорных морских ¬Ё— с береговыми подстанци€ми, электроснабжение потребителей на островах и в зонах вечной мерзлоты, пожаробезопасные однопроводниковые системы уличного освещени€ и освещени€ зданий и пожаро≠опасных производств.

ƒл€ сомневающихс€ в существовании незамкнутых электрических токов приводим высказывани€ двух выдающихс€ ученых в области электротехники и электроэнергетики.

Ђ»сключительна€ трудность согласовани€ законов электромагнетизма с существованием незамкнутых электрических токов Ц одна из причин среди многих, почему мы должны допустить существование токов, создаваемых изменением смещени€ї (ƒ. ћаксвелл).

Ђ¬ 1893 году € показал, что нет необходимости использовать два проводника дл€ передачи электрической энергииЕ ѕередача энергии через одиночный проводник без возврата была обоснована практическиї. ЂЁффективность передачи может быть 96 или 97 процентов, и практически нет потерьЕ  огда нет приемника, нет нигде потреблени€ энергииї.

Ђћои эксперименты показали, что на поддержание электрических колебаний по всей планете потребуетс€ несколько лошадиных силї (Ќ. “есла).

Ќ. “есла ответил и на вопрос, который часто задают нам: почему электроэнергетика не восприн€ла его идеи? Ђћой проект сдерживалс€ законами природы. ћир не был готов к нему. ќн слишком обогнал врем€. Ќо те же самые законы восторжествуют в конце и осуществ€т его с великим триумфомї, Ц писал он.

—олнечна€ энергетика нуждаетс€ в поддержке государства дл€ реализации пилотных и демонстрационных проектов, ждет частный капитал и нового ћоргана, банкира, который сто лет назад финансировал работы Ќ. “еслы.

***

ƒинамично развивающа€с€ солнечна€ энергетика, основанна€ на инновационных российских и мировых технологи€х, €вл€етс€ альтернативой топливной энергетике. ѕо прогнозам экспертов, в 2050 году она будет доминировать на рынке энергетически чистых технологий, а к концу XXI века обеспечит 75‑90 процентов всех потребностей «емли в электрической энергии.

 

ƒмитрий —“–≈Ѕ ќ¬,

директор ¬сероссийского института

электрификации сельского хоз€йства

 

 ЂЁнергетика и промышленность –оссииї


  • ƒата публикации: 13.01.2012
  • 981
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150