Нетрадиционные возобновимые источники энергии
ии будут удовлетворяться за
счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом
случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от 1*10^6 до
3*10^6 км2. В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет
сегодня 13*10^6 км2.Солнечная энергетика относится к наиболее
материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное
использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение
потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для
добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление
гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты
показывают, что для производства 1 МВт* год электрической энергии с
помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000
человеко-часов. В традиционной энергетике на органическом топливе этот
показатель составляет 200-500 человеко-часов. Пока еще электрическая
энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем
получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты,
которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не
только технические, но и экономические проблемы.
Первые попытки использования солнечной энергии на коммерческой
основе относятся к 80-м годам нашего столетия. Крупнейших успехов в этой
области добилась фирма Loose Industries (США). Ею в декабре 1989 года
введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт. Здесь
же, в Калифорнии, в 1994 году введено еще 480 МВт электрической мощности,
причем, стоимость 1 кВт/ч энергии – 7-8 центов. Это ниже, чем на
традиционных станциях. В ночные часы и зимой энергию дает, в основном,
газ, а летом и в дневные часы – солнце. Электростанция в Калифорнии
продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии
ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не
случаен вывод, что в качестве партнера солнечной энергии должны выступать
различные виды жидкого или газообразного топлива. Наиболее вероятной
«кандидатурой» является водород. Его получение с использованием солнечной
энергии, например, путем электролиза воды может быть достаточно дешевым, а
сам газ, обладающий высокой теплотворной способностью, легко
транспортировать и длительно хранить. Отсюда вывод: наиболее экономичная
возможность использования солнечной энергии, которая просматривается
сегодня – направлять ее для получения вторичных видов энергии в солнечных
районах земного шара. Полученное жидкое или газообразное топливо можно
будет перекачивать по трубопроводам или перевозить танкерами в другие
районы. Быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря
снижению стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчете на 1 Вт
установленной мощности с 1000 долларов в 1970 году до 3-5 долларов в 1997
году и повышению их КПД с 5 до18%. Уменьшение стоимости солнечного ватта
до 50 центов позволит гелиоустановкам конкурировать с другими автономными
источниками энергии, например, с дизельэлектростанциями.
ГЕЛИОУСТАНОВКИ НА ШИРОТЕ 60°
Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала
Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых
фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных
устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая
наименование «Солар-91» и осуществляемая под лозунгом «За
энергонезависимую Швейцарию!», вносит заметный вклад в решение
экологических проблем и энергетическую независимость страны импортирующей
сегодня более 70 процентов энергии.
Программа «Солар-91» осуществляется практически без поддержки
государственного бюджета, в основном, за счет добровольных усилий и средств
отдельных граждан, предпринимателей и муниципалитетов. К 2000-му году она
предусматривает довести количество гелиоустановок до 3000. Гелиоустановку
на кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2-3 кВт,
монтируют на крышах и фасадах зданий. Она занимает примерно 20-30
квадратных метров. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000 кВт/ч
электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд среднего
швейцарского дома и зарядки бортовых аккумуляторов электромобиля. Дневной
избыток энергии в летнюю пору направляют в электрическую сеть общего
пользования. Зимой же, особенно в ночные часы, энергия может быть бесплатно
возвращена владельцу гелиоустановки.
Крупные фирмы монтируют на крышах производственных корпусов
гелиостанции мощностью до 300 кВт. Одна такая станция может покрыть
потребности предприятия в энергии на 50-70%.
В районах альпийского высокогорья, где нерентабельно прокладывать
линии электропередач, строятся автономные гелиоустановки с аккумуляторами.
Опыт эксплуатации свидетельствует, что Солнце уже в состоянии
обеспечить энергопотребности, по меньшей мере, всех жилых зданий в стране.
Гелиоустановки, располагаясь на крышах и стенах зданий, на шумозащитных
ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных сооружениях не
требуют для размещения дорогостоящей сельскохозяйственной или городской
территории.
Автономная солнечная установка у поселка Гримзель дает
электроэнергию для круглосуточного освещения автодорожного тоннеля. Вблизи
города Шур солнечные панели, смонтированные на 700-метровом участке
шумозащитного ограждения, ежегодно дают 100 кВт электроэнергии. Солнечные
панели мощностью 320 кВт, установленные по заказу фирмы Biral на крыше ее
производственного корпуса в Мюнзингене, почти полностью покрывают
технологические потребности предприятия в тепле и электроэнергии.
Современная концепция использования солнечной энергии наиболее полно
выражена при строительстве корпусов завода оконного стекла в Арисдорфе, где
солнечным панелям общей мощностью 50 кВт еще при проектировании была
отведена дополнительная роль элементов перекрытия и оформления фасада.
КПД кремниевых фотопреобразователей при сильном нагреве заметно
снижается и, поэтому, под солнечными панелями проложены вентиляционные
трубопроводы для прокачки наружного воздуха. Нагретый воздух работает как
теплоноситель коллекторных устройств. Темно-синие, искрящиеся на солнце
фотопреобразователи на южном и западном фасадах административного корпуса,
отдавая в сеть 9 кВт электроэнергии, выполняют роль декоративной облицовки
.
ГЕЛИОМОБИЛЬ СЕГОДНЯ
Один из крупных разделов программы «Солар-91» – развитие транспортных
средств использующих солнечную энергию, так как автотранспорт «съедает»
четверть энергетических ресурсов необходимых стране. Ежегодно в Швейцарии
проводится международное ралли солнцемобилей «Тур де сол». Трасса ралли,
протяженностью 644 километра, проложена по дорогам северо-западной
Швейцарии и Австрии. Гонки состоят из 6 однодневных этапов, длина каждого
– от 80 до 150 километров.
Швейцарские граждане возлагают большие надежды на децентрализованное
производство электрической и тепловой энергии собственными
гелиоустановками. Это отвечает независимому и самостоятельному
швейцарскому характеру, чувству цивилизованного собственника, не жалеющего
средств ради чистоты горного воздуха, воды и земли. Наличие персональных
гелиостанций стимулирует развитие в стране электроники и электротехники,
приборостроения, технологии новых материалов и других наукоемких отраслей.
В июне 1985 года Урс Мунтвайлер, 27-летний инженер из Берна, провел
по Дорогам Европы первое многодневное ралли легких электромобилей,
оборудованных фотопреобразователями и использующих для движения солнечную
энергию. В нем участвовало несколько швейцарских самодельщиков,
восседавших в «поставленных на колеса ящиках из-под мыла» с прикрученными
к ним сверху солнечными панелями. Во всем мире тогда едва ли можно было
насчитать с десяток гелиомобилей.
Прошло четыре года. «Тур де сол» превратился в неофициальный
чемпионат мира. В пятом «солнечном ралли», состоявшемся в 1989 году,
участвовало свыше 100 представителей из ФРГ, Франции, Англии, Австрии, США
и других стран. Тем не менее, больше половины гелиомобилей принадлежало
попрежнему швейцарским первопроходцам.
В течение последующих пяти лет появилось понятие серийный гелиомобиль.
Гелиомобиль считается серийным, если фирма-изготовитель продала не менее 10-
ти образцов и они имеют сертификат, разрешающий движение по дорогам общего
пользования.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Существуют и другие направления в освоении солнечной энергии. Это,
прежде всего, использование фотосинтезирующей способности растений. Уже
созданы и успешно работают, правда пока в лабораторных условиях,
фотобиохимические системы, где энергия кванта света используется для
переноса электронов. Они являются прообразом эффективных преобразователей
будущего, использующих принципы естественного фотосинтеза.
Решая вопросы «экономичности» солнечной энергетики, нельзя впадать в
распространенное заблуждение: сравнивать дорогостоящую, но очень молодую
технологию преобразования энергии Солнца в электричество с помощью
фотоэлементов, с дешевой, но «грязной» технологией использования нефти и
газа. Экономичность этого нового вида энергетических ресурсов должна
сравниваться с теми видами энергии, которые будут в тех же масштабах
использоваться в будущем.
Расчеты показывают, что стоимость широкого производства синтетического
жидкого топлива с помощью солнечной энергии будет равняться 60 долларам за
баррель. Для сравнения отметим, что сегодня стоимость барреля нефти из
района Персидского залива составляет 35 долларов.
Интенсивность солнечного света на уровне моря составляет 1-3 кВт на
квадратный метр. КПД лучших солн
| |  скачать работу |
Нетрадиционные возобновимые источники энергии |
