СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ И ТЕРМАЛЬНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ И ТЕРМАЛЬНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

Солнечную энергию можно уловить с помощью фотоэлектрических солнечных батарей и накопителей солнечного тепла. Солнечные фотоэлектрические батареи, чаще всего работающие на кремниевых полупроводниках и на тонкопленочных гибридных интегральных схемах, преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Накопители солнечного тепла преобразуют солнечный свет в тепло, которое можно использовать, например, для нагревания воды, что и делают монтируемые на крышах солнечные водонагреватели.

Во всем мире наблюдается резкий рост генерации энергии с помощью фотоэлектрических установок. В 2008 г. производство электроэнергии на таких установках подскочило примерно на 5600 мегаватт. Солнечные фотоэлектрические батареи относятся к числу одного из самых быстроразвивающихся источников энергии, объем выработанной такими батареями энергии удваивается каждые два года. Установка по производству электричества из солнечной энергии мощностью в 1100 мегаватт в 2006 г. в Германии сделала эту страну первой, наращивающей производство электроэнергии более чем на 1 гигаватт (1000 мегаватт) в год[409].

До недавнего времени производство электроэнергии фотоэлектрическими батареями было сосредоточено в Японии, Германии и США. Но теперь на поле вышли новые игроки — компании из Китая, Тайваня, Филиппин, Южной Кореи и Объединенных Арабских Эмиратов. В 2006 г. Китай обогнал США по производству фотоэлектрических батарей. Тайвань сделал то же самое в 2007 г. Сегодня существуют десятки компаний, конкурирующих на мировом рынке и наращивающих инвестиции как в исследования, так и в производство электроэнергии фотоэлектрическими батареями[410].

Для почти 1,6 млрд человек, живущих в поселениях, еще не подключенных к электросети, теперь зачастую дешевле устанавливать фотоэлектрические батареи на крышах, чем строить центральную электростанцию и сеть для подачи электричества потенциальным потребителям. Например, для жителей деревень в Андах, освещающих свои жилища сальными свечами, сумма ежемесячных платежей за установленные солнечные батареи за 30 месяцев меньше суммы, потраченной на свечи за один месяц[411].

Когда крестьянин покупает систему солнечных фотоэлектрических батарей, он, по сути, обеспечивает себя электричеством на 25 лет. Такие системы не требуют расходов на топливо и нуждаются лишь в минимальных затратах на техническое обслуживание, но их приобретение является прямым капиталовложением, которое надо профинансировать. Признавая это, Всемирный банк и Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) выступили с инициативами оказания помощи местным кредитным учреждениям в создании систем кредитования этого дешевого источника электроэнергии. Первый заем, предоставленный Всемирным банком, помог 50 тысячам домовладельцев в Бангладеш приобрести солнечные батареи. Второй, более крупный заем позволит помочь в этом еще 200 тысячам семей[412].

Индийские крестьяне, испытывающие нехватку электричества и активно эксплуатирующие керосиновые лампы, сталкиваются с похожими расчетами. Установка солнечных электрических систем, включая батареи, в Индии стоит примерно 400 долларов. Такие системы могут обеспечивать энергией два, три, четыре небольших бытовых прибора или светильника и широко использоваться в домах и на мелких предприятиях вместо керосиновых ламп, загрязняющих окружающую среду и обходящихся все дороже. За год керосиновая лампа сжигает почти 20 галлонов керосина, что при стоимости галлона керосина в 3 доллара составляет 60 долларов на одну лампу в год. Солнечная фотоэлектрическая система освещения, заменяющая две керосиновые лампы, окупит себя в течение 4 лет, а затем станет источником практически бесплатного электричества[413].

Отказ от керосина в пользу солнечных батарей — это также вклад в борьбу с изменениями климата. В мире, по общим оценкам, используют 1,5 млрд керосиновых ламп, которые обеспечивают менее 1 % всего освещения жилищ, но дают 29 % всех выбросов СО₂, производимых при производстве энергии для освещения. Ежедневно в керосиновых лампах сжигают эквивалент 1,3 млн баррелей нефти, что равно приблизительно половине добычи нефти в Кувейте[414].

В промышленно развитых странах стоимость солнечной энергии стремительно снижается. По оценкам Майкла Рогола и его консалтинговой компании PHOTON, к 2010 г. полностью интегрированные компании, охватывающие все фазы производства солнечных фотоэлектрических батарей, начнут монтировать системы, которые будут производить электричество по цене 12 центов за киловатт-час в солнечной Испании и по цене 18 центов за киловатт-час в южной Германии. Хотя эти издержки во многих местностях будут ниже уровня издержек традиционного производства электричества, это нельзя расценивать как начало автоматического всеобщего перехода на солнечные батареи. И, тем не менее, как замечает один из аналитиков энергетики, «большой взрыв» уже начался[415].

Начав со сравнительно небольших установок, монтируемых на крышах, инвесторы теперь обращаются к комплексам солнечных батарей, которые способны давать электроэнергию в промышленных объемах. Комплекс мощностью 20 мегаватт, введенный в строй в Испании в 2007 г., до поры до времени был крупнейшим из подобных сооружений. В 2008 г. в Испании был введен в эксплуатацию комплекс мощностью 60 мегаватт, т. е. в три раза мощнее прежнего. В настоящее время планируется строительство еще более крупных комплексов, в том числе мощностью 80 мегаватт, которые будут возведены в Калифорнии и Израиле[416].

В середине 2008 г. компания Pacific Gas and Electric, одна из двух крупнейших энергетических компаний в Калифорнии, объявила о подписании контракта с двумя фирмами о строительстве предприятий по производству электроэнергии с помощь фотоэлектрических батарей общей мощностью 800 мегаватт. Этот комплекс, возводимый на площади 12 квадратных миль, максимально будет давать столько же электроэнергии, сколько дает атомная электростанция. Планку снова подняли[417].

А в начале 2009 г. China Technology Development Group Corporation и Qinghai New Energy Group объявили о том, что объединяют свои силы для строительства комплекса солнечных батарей мощностью 30 мегаватт в отдаленной провинции Цинхай. Предполагается, что строительство этого комплекса будет первым этапом создания работающей на солнечной энергии мегаэлектростанции мощностью 1000 мегаватт. Для страны, в которой в конце 2008 г. подобные установки вырабатывали только 145 мегаватт, это настоящий прыжок в будущее[418].

Все больше и больше стран, штатов и провинций заинтересованы в получении электроэнергии из энергии Солнца. В Италии группа солярной индустрии проектирует к 2020 г. создать установки мощностью 16 000 мегаватт. Япония к 2020 г. планирует получать за счет солнечной энергии 14 000 мегаватт. Калифорния — 3000 мегаватт к 2017 г., Нью-Джерси — 2300 мегаватт к 2021 г., а Мэриленд — 1500 мегаватт к 2022 г.[419]

Поскольку мощности комплексов солнечных батарей теперь удваиваются каждые два года и этот рост, вероятно, продолжится по меньшей мере до 2020 г., ежегодный ввод мощностей в эксплуатацию, составляющий в настоящее время почти 5600 мегаватт, в 2020 г. возрастет до 500 000 мегаватт. К этому времени совокупная мощность действующих установок достигнет 1,5 млн мегаватт (1500 гигаватт). Хотя эта цифра может казаться явно завышенной, в действительности она даже немного консервативна. Во всяком случае, большинство из испытывающих сейчас недостаток электроснабжения 1,6 млрд человек, вероятнее всего, к 2020 году получит электричество благодаря установке именно домашних солнечных батарей[420].

Весьма многообещающий способ использования солнечной энергии в широких масштабах — применение отражателей для концентрации солнечных лучей на закрытых емкостях с водой или иной жидкостью. Солнечные лучи будут нагревать жидкость до кипения, а возникающий при этом пар будет вращать турбины. Такая технология использования тепловой энергии солнечных лучей (ее часто называют технологией концентрации солнечной энергии) впервые была применена при строительстве в Калифорнии работающей на тепловом излучении Солнца электростанции мощностью 350 мегаватт. Построенная в 1991 г., эта электростанция оставалась единственной такого типа до тех пор, пока в 2007 г. не была построена подобная электростанция мощностью 64 мегаватта в штате Невада. На начало 2009 г. в США строились тепловые солнечные электростанции общей мощностью 6100 мегаватт, причем вся произведенная на них энергия уже закуплена по долгосрочным контрактам[421].

В середине 2009 г. компания Lockheed Martin, производящая аэрокосмические вооружения и информационные технологии, объявила о том, что строит тепловую солнечную электростанцию мощностью 290 мегаватт в Аризоне. Подобно многим другим, эта работающая на тепловом излучении Солнца электростанция будет иметь емкости для хранения энергии в течение 6 часов, что позволит генерировать электричество до полуночи и позднее. Выход на рынок солнечной энергии компании с ежегодным объемом продаж в 43 млрд долларов, компании, обладающей обширными инженерными навыками, говорит о том, что человечество имеет серьезные планы относительно предоставленного Земле изобилия солнечной энергии[422].

Как уже было отмечено, правительство Алжира планирует производить 6000 мегаватт электроэнергии с помощью солнечного тепла и передавать эту энергию в Европу по подводному кабелю. На инициативу Алжира быстро отреагировало правительство Германии, разработав план строительства линии высоковольтной передачи длиной 1900 миль, связывающей впадину Адрар в алжирской пустыне с немецким городом Аахеном, находящимся на границе с Нидерландами[423].

Первая строящаяся в Алжире электростанция — гибрид, работающий на солнечной энергии и природном газе (с наступлением темноты электроэнергию будут производить только на природном газе). Хотя первые несколько станций, строящиеся в рамках данного проекта, будут станциями гибридного типа, New Energy Algeria, государственная компания, созданная специально для поощрения развития возобновляемых источников энергии, планирует быстро перейти исключительно на использование тепловой энергии Солнца. На этих электростанциях, по-видимому, будут использовать расплав соли или какие-то другие теплоносители для хранения тепла, что необходимо для продления генерации электроэнергии на несколько часов после захода солнца и в вечерние часы пикового спроса на электроэнергию[424].

Электростанции, строящиеся в США и запланированные к строительству в Алжире, — первые шаги в эру использования тепловой солнечной энергии в промышленных масштабах. В конце 2008 г. в мире, в основном в США и Испании, действовало порядка 60 электростанций, работающих на тепловом излучении Солнца и производящих энергию в коммерческих масштабах. Из 10 крупнейших проектов подобных электростанций 8 должны быть построены в США. Большинство из них, мощностью от 250 до 900 мегаватт, будут возведены в Калифорнии. В первые месяцы 2009 г. появилось много новых сообщений о строительстве электростанций, работающих на тепловом излучении Солнца. Компания BrightSource Energy объявила о потрясающем пакете из 7 проектов, реализуемых совместно с Southern Energy Edison. В общей сложности осуществление этих проектов должно дать мощности для производства 1300 мегаватт электроэнергии. Вскоре после этого та же компания объявила об аналогичном пакете проектов, реализуемых совместно с компанией PG&E’s. Компания NRG, имеющая штаб-квартиру в штате Нью-Джерси, и компания eSolar объявили о намерении построить совместными усилиями на юго-западе США электростанции, работающие на тепловой энергии солнечных лучей, мощностью 500 мегаватт[425].

В Испании, еще одной сверхдержаве по производству электроэнергии с помощью солнечного тепла, сейчас находятся на стадии строительства около 50 таких электростанций. Мощность каждой из них составляет примерно 50 мегаватт. В других странах, в том числе в Израиле, Австралии, Южной Африке, Объединенных Арабских Эмиратах и в Египте, существуют отдельные проекты строительства электростанций, работающих на тепловой энергии солнечных лучей. По меньшей мере в десятке других солнечных стран теперь признают потенциал этого неистощимого и дешевого источника электричества и концентрируют усилия для подключения к этому источнику[426].

Индия относится к числу тех стран, которым идеально подходят электростанции, работающие на тепловой энергии солнечных лучей. Здесь не так много энергии ветра, как, скажем, в Китае или США, но Большая Индийская пустыня на северо-западе страны дает огромные возможности для строительства электростанций, работающих на тепловой энергии Солнца. Сотни таких станций, возведенных в пустыне, могли бы удовлетворить большую часть потребностей Индии в электроэнергии. Территория Индии не так уж велика, а это значит, что расстояния для строительства линий энергопередач, связывающих электростанции с центрами концентрации населения, сравнительно малы.

Издержки на производство электричества с помощью теплового излучения Солнца стремительно снижаются. Сегодня стоимость такой энергии составляет приблизительно 12–18 центов за киловатт-час. Министерство энергетики США планирует инвестировать значительные средства в исследования, которые позволят к 2020 г. снизить издержки такого производства электроэнергии до 5–7 центов за киловатт-час[427].

Мы знаем, что солнечная энергия имеется в избытке. Американское общество солнечной энергии отмечает, что только ресурсов юго-западной части США достаточно для того, чтобы покрыть нынешние потребности страны в электричестве четыре раза. Бюро землепользования США, ведомство, управляющее государственными землями, получило запросы на предоставление прав землепользования для строительства работающих на тепловой энергии Солнца или работающих на фотоэлектрических батареях электростанций общей мощностью 23 000 мегаватт в Неваде, 40 000 мегаватт в Аризоне и свыше 54 000 мегаватт в пустынной местности на юге Калифорнии[428].

На глобальном уровне Гринпис, Европейская ассоциация производства электричества с помощью теплового излучения Солнца и программа SolarPACES Международного энергетического агентства разработали план строительства работающих на тепле солнечных лучей электростанций общей мощностью 1,5 млн мегаватт. План должен быть выполнен к 2050 г. В рамках Плана Б мы предлагаем миру более скромную цель: к 2020 г. построить работающие на тепловой энергии Солнца электростанции мощностью 200 000 мегаватт. Эта цель вполне может быть перевыполнена по мере того, как будет проявляться истинный экономический потенциал такой энергетики[429].

Судить о темпах развития энергетики, питаемой солнечной энергией, можно и по тому, с какой скоростью и в каких объемах входят в употребление солнечные нагреватели воды. Например, в настоящее время в Китае на крышах домов размещено 27 млн солнечных водонагревателей. Так как такие устройства выпускают почти 4000 китайских компаний, эта сравнительно простая технология стремительно проникла в деревни, где до сих пор нет электричества. Крестьяне всего лишь за 200 долларов могут приобрести и смонтировать на крышах своих домов накопитель солнечного тепла, чтобы принять теплый душ. Эта технология распространяется по Китаю со скоростью лесного пожара, и в некоторых регионах этот рынок уже близок к насыщению. В Пекине площадь таких смонтированных на крышах накопителей-нагревателей воды сейчас составляет 114 млн кв. м, к 2020 г. эту площадь планируется увеличить до 300 млн кв. м[430].

Энергия, которую удалось произвести благодаря этим установкам в Китае, эквивалентна электроэнергии, генерируемой 49 работающими на угле электростанциями. Возможно, вскоре и другие развивающиеся страны, такие как Индия и Бразилия, станут свидетелями того, как миллионы семей перейдут на эту недорогую технологию нагревания воды. Скорость распространения этой технологии в сельских районах, лишенных линий энергоснабжения, подобна скорости, с которой мобильные телефоны обошли традиционные стационарные телефонные линии, предоставив услуги связи миллионам людей, которые, не появись мобильная связь, так бы и томились в списках очередников на подключение телефонов. И еще одна особенность: после того, как стоимость установки солнечного нагревателя на крыше оплачена, горячая вода становится, в сущности, бесплатной[431].

В Европе, где стоимость энергии сравнительно высока, солнечные нагреватели воды, устанавливаемые на крыше, также быстро распространяется. 15 % австрийских семей уже получают горячую воду из таких нагревателей. Как и в Китае, в некоторых австрийских деревнях на крышах почти всех домов установлены такие накопители. Далеко в этом направлении продвинулась и Германия. Джанет Сейвин из Worldwatch Institute отмечает, что примерно 2 млн немцев ныне проживают в домах, которые обогреваются смонтированными на крышах накопителями солнечной энергии, и получают горячую воду из тех же накопителей[432].

Быстрое распространение в последние годы нагревания воды и отопления за счет установленных на крышах систем, использующих солнечную энергию, вдохновило Европейскую федерацию промышленности тепловой энергии Солнца (ESTIF) поставить перед собой амбициозную задачу: к 2020 г. развернуть смонтированные на крышах накопители солнечного тепла на площади 500 млн кв. м, что будет равно 1 кв. м в расчете на каждого жителя Европы. Этот показатель лишь ненамного превысит 0,93 кв. м мощностей на одного человека, уже существующих ныне на Кипре, который является мировым лидером по использованию тепловой энергии солнечных лучей. Предполагается, что большинство новых установок будут системами типа Solar-Combi, которые спроектированы так, чтобы и нагревать воду, и обогревать помещения[433].

В Европе накопители солнечной тепловой энергии сосредоточены в Германии, Австрии и Греции, к которым постепенно присоединяются Франция и Испания. Появившееся в марте 2006 г. обязательство, требующее установки накопителей тепла на всех новых или реконструированных зданиях, подстегнуло соответствующую инициативу в Испании. Португалия быстро последовала примеру Испании, разработав собственный аналогичный мандат. По оценкам Европейской федерации промышленности тепловой энергии Солнца, Европейский союз обладает долгосрочным потенциалом для создания установок по нагреванию воды и обогреву помещений совокупной мощностью 1200 гигаватт. Этих мощностей может хватить для удовлетворения максимальных потребностей Европы в обогреве в течение холодного времени года[434].

В США производство устанавливаемых на крышах нагревателей воды, работающих за счет солнечной энергии, в прошлом было нишей рынка, обслуживающей бассейны. В период между 1995 и 2005 г. было продано 10 млн кв. м нагревателей воды для бассейнов. Впрочем, после введения в 2006 г. федеральных налоговых льгот, даже с такой небогатой историей отрасль сумела перестроиться на производство устройств нагревания воды и отопления помещений для массового рынка. В 2006 г. темпы развертывания таких систем в США увеличились втрое (лидерами стали Гавайи, Калифорния и Флорида), и с тех пор продолжают стремительно нарастать[435].

Итак, мы располагаем данными, необходимыми для построения глобальных прогнозов. Китай поставил задачу к 2020 г. построить работающие на тепле солнечных лучей нагреватели воды на площади 300 млн кв. м. Европейская федерация промышленности тепловой энергии Солнца ставит задачу к 2020 г. развернуть такие мощности на площади 500 млн кв. м. В США намерены развернуть такие мощности на площади 300 млн кв. м. Учитывая недавно введенные в действие налоговые стимулы, эти цели вполне достижимы. Япония, в которой монтируемые на крышах солнечные нагреватели воды в настоящее время развернуты на площади 7 млн кв. м и которая импортирует практически весь необходимый ей объем ископаемого топлива, легко может развернуть установку нагревателей воды на площади 80 млн кв. м[436].

Если Китай и Европейский союз достигнут своих целей, а Япония и США выполнят свои планы развертывания работающих на солнечной энергии нагревателей воды, в совокупности это составит 1180 млн кв. м устройств, обеспечивающих нагревание воды и отопление помещений. С учетом возможного развертывания таких мощностей в развивающихся странах помимо Китая, общая площадь, покрытая такими устройствами, в 2020 г. может превысить 1,5 млрд кв. м. К 2020 г. это даст миру 1100 гигаватт тепловой энергии, генерируемой с помощью Солнца, что эквивалентно мощности 690 тепловых станций, работающих на угле[437].

Прогнозируемое огромное расширение использования солнечной энергии для нагревания воды и обогрева помещений в промышленно развитых странах может приблизить мощности приспособлений для такого применения солнечного тепла к мощности существующих тепловых станций, работающих на угле, и сократить использование природного газа по мере вытеснения солнечными водонагревателями электрических и газовых водонагревателей. Впрочем, в странах, подобных Китаю и Индии, приборы для нагревания воды солнечным теплом просто сократят потребность в новых электростанциях, работающих на угле.

Использование солнечного тепла для нагревания воды и обогрева помещений в Европе и Китае крайне привлекательно с точки зрения экономики. В среднем в промышленно развитых странах такие системы окупают себя за счет сокращения потребления электроэнергии менее чем за 10 лет. Эти системы также предпочтительны с точки зрения энергетической безопасности и предотвращения изменений климата[438].

Поскольку стоимость монтируемых на крышах водонагревателей снижается (особенно в Китае), к Израилю, Испании и Португалии, вероятно, присоединятся многие другие страны, в которых установка на крышах новых зданий солнечных водонагревателей станет обязательной. Эти монтируемые на крышах устройства, ранее считавшиеся причудами или капризами чудаков, быстро становятся массовым явлением[439].

Таким образом, использование солнечной энергии расширяется по всем направлениям по мере роста общественной озабоченности изменениями климата, а также в связи с тревожной ситуацией в области энергетической безопасности, когда правительства материально стимулируют использование энергии Солнца в больших объемах. Издержки использования солнечной энергии снижаются, тогда как издержки сжигания ископаемого топлива растут. В 2009 г. вновь вводимые в эксплуатацию мощности, генерирующие энергию с помощью Солнца, могут впервые превысить мощности новых станций, работающих на угле[440].

Данный текст является ознакомительным фрагментом.