Потенциальные возможности использования солнечной энергии

ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В КАЗАХСТАНЕ
Баймуханов С.К.
Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева
г.Алматы
В последнее время в связи с обострением проблем экономии энергоресурсов и защиты окружающей среды интерес к использованию
возобновляемых источников энергии резко возрос. По прогнозным данным
уровень потребления электроэнергии в ближайшие годы будет расти. Как
результат, существенно вырастет потребление топлива, а также
экологическая нагрузка на окружающую среду. Таким образом, развитие
энергосектора исключительно на базе традиционной энергетики приводит
к истощению не возобновляемых топливных ресурсов и существенному
загрязнению окружающей среды. Экономической и экологической
альтернативой централизованной традиционной энергетики является
использование местных источников энергии на базе возобновляемых
источников энергии. Если сейчас за счет таких источников покрывается
около двух процентов мировых потребностей в первичных энергоресурсах,
то к 2020 году нетрадиционная энергетика, по прогнозам, может
обеспечивать до 20 процентов спроса, а к концу ХХI века может составить
более 65%.
Потребность в освоении и развитии энергетики на возобновляемых
ресурсах становится все более очевидной при возрастающем спросе на
топливо, особенно на нефть, росте населения и требований к уровню
жизни, особенно в развивающихся странах.
Простейшая модель, описывающую потребности общества в энергии
[1]:
R=EN
(1)
здесь R - годовая потребность в энергии некоторого коллектива из N
человек; E - средние затраты энергии на одного человека в год, связанные
с производством питания, промышленной продукции и т.д. Уровень
жизни, зависящий, очевидно, от Е, можно приближенно оценивать
значением национального дохода на душу населения S, связанного с E
соотношением:
S=fE
(2)
Коэффициент f - нелинейная функция многих параметров. Его можно
рассматривать как эффективность использования энергии для
производства жизненных благ, поэтому желательно, чтобы он был
максимально большим. Очевидно, что любые непроизводительные
расходы энергии уменьшают этот коэффициент. Подставляя Е из (2) и (1),
получаем:
R=SN/f
(3)
Оценим потенциальные возможности источников возобновляемой
энергии, предполагая, что при рациональном ее использовании для
создания комфортных условий жизни требуется в среднем 2 кВт на
человека. С каждого квадратного метра земной поверхности можно
получать, используя различные источники возобновляемой энергии, в
среднем 500 Вт мощности. Если считать, что эффективность
преобразования этой энергии в удобную для потребления форму всего 4%,
то для мощности 2 кВт требуется площадь 100м2. Средняя плотность
населения в городах с учетом пригородной зоны - примерно 500 человек на
1 км2. Для обеспечения их энергией из расчета 2 кВт на человека
необходимо с 1 км2 снимать 1000 кВт, т.е. достаточно всего 5%
занимаемой ими площади. Таким образом, возобновляемые источники
энергии могут вполне обеспечить удовлетворительный уровень жизни,
если будут найдены приемлемые по стоимости методы ее преобразования
[2].
На сегодняшний день уровень развития возобновляемых
энергоисточников в мировой энергетике перешел в стадию технической и
экономической зрелости, однако не все новые технологии на данный
момент в этой отрасли являются экономически конкурентоспособными. Но
это вопрос времени. Ожидается, что в течение ближайших 5-10 лет
энергетика на основе возобновляемых источников перешагнёт порог
безубыточности. Существующая тенденция быстрого роста цен на
классические энергоносители сильно стимулирует развитие новых
технологий и повышение их рыночной конкурентоспособности.
Возобновляемые энергоносители - это не только энергетический
эффект. В процессе их создания и использования уже сформировалось
широкое поле инновационной деятельности, которое еще несколько
десятилетий будет отличаться высокой интенсивностью генерирования
оригинальных технических решений.
Среди возобновляемых источников энергии наибольший интерес
представляет солнечная энергия. Увеличение доли использования
солнечной энергии в общей структуре энергетики усилит энергетическую
безопасность любой страны и уменьшит антропогенную нагрузку на
окружающую среду. Неисчерпаемым источникам солнечной энергии не
свойственны проблемы истощения запасов, то есть отсутствует основная
причина, вызывающая повышение цен на производимую электроэнергию.
Вместе с тем, увеличение рынка солнечной энергетики и развитие новых
технологий в этой области будет приводить и к понижению цен на
энергию. Кроме того, развитие солнечной энергетики позволяет
активнейшим и положительным образом влиять на решение трех
глобальных проблем человечества: энергетику, экологию, продовольствие
[3].
Таблица
1Роль
солнечной
глобальных проблем человечества [3].
1.
2.
3.
Установки
Солнечные тепловые
Солнечные
фотоэлектрические
Гелиоконцентраторы
энергии
в
решении
трех
Энергетика Экология Продовольствие
+
+
+1)
+
+
+2)
+
+
+3)
Примечания:
1) Установка для сушки сена, зерна, сельхозпродуктов, фруктов.
2) Водоподъемные системы, питание охранных
устройств на
пастбищах.
3) Ирригационные насосы, опреснение воды.
В последние три года ежегодные темпы роста производства
оборудования для солнечной энергетики составляют более 30%, тогда как
мировая экономика в целом растет на 3-4% в год. Заметными темпами
растет производство «солнечного» электричества в Японии, США,
Германии и Китае, а также в ЮАР. Прогресс в использовании солнечной
энергии в этих странах достигнут организацией финансовой поддержки и
льгот в области налогообложения, а также и административного контроля.
Приоритеты использования солнечной энергии актуальны для всех
стран мира в силу различных обстоятельств. Например, для Казахстана это наиболее быстрый путь к улучшению социально-бытовых условий
населения, сохранения окружающей среды и природных ресурсов,
обеспечения устойчивого социально-экономического развития страны.
Казахстан обладает значительными ресурсами солнечной энергии.
Потенциально возможная выработка солнечной энергии в Казахстане
оценивается в 2,5 млрд кВт/г в год. Около 70% территории Казахстана
относятся к районам с преобладанием солнечных дней в году.
Продолжительность солнечного сияния здесь колеблется от 2800 до 3000
часов, годовой приход солнечной радиации на эту территорию составляет
не менее 19*1017 ккал, что эквивалентно 270 млрд.т.у.т.
Однако, эти ресурсы не нашли широкого применения вплоть до
настоящего времени. Привлекательной была бы организация в стране
производства солнечных батарей на кремниевой основе. Тем более что мы
богаты соответствующим сырьем (4).
Таким
образом,
метеорологические
условия
страны
благоприятствуют эффективному применению средств гелиотехники в
народном хозяйстве. Однако, на пути развития рынка солнечной
энергетики в Казахстане и широкомасштабном внедрении в практику
результатов исследования в этой области, существуют экономические,
технологические, законодательные, финансовые и информационные
барьеры. Для преодоления этих барьеров необходимы согласованные
действия министерств и ведомств. Одним из путей преодоления
экономических барьеров является введение налога на эмиссию двуокиси
углерода и выбросов энергетических установок и создание специального
фонда развития. Технологические барьеры могут быть преодолены с
помощью внедрения новых энергетических технологий. Эти технологии
при их освоении промышленностью, повышают конкурентоспособность
возобновляемой энергетики на рынке энергоресурсов и способствуют
снижению экономических барьеров. В Казахстане, единственном из
постсоветских стран, в июле 2009 года принят Закон «О поддержке
использования возобновляемых источников энергии» с целью создания
благоприятных
условий
и
увеличения
доли
использования
возобновляемых источников при производстве электрической и тепловой
энергии [5].
ЛИТЕРАТУРА
1.Твайделл Дж., Уэйр А. Основы использования возобновляемых
источников энергии// Монография: Возобновляемые источники энергии.
Москва: Энергоиздат,1990г., стр.10-12.
2. Мхитарян Н.М. Проблема энергообеспечения в мировом хозяйстве //
Материалы VII международной конференции: «Возобновляемая энергетика
ХХI столетия»: Крым, 11-15. 09.2006г., стр.12-16.
3. Безруких П.П. Научно-техническое и методологическое обоснование
ресурсов и направлений использования возобновляемых источников
энергии // Диссертация на соискание ученой степени доктора наук.
Москва: ВИЭСХ, 30.09. 2003 г., стр.10-11.
4. Крашенинников
А.А., Дю Е.Н., Сирока А.Я. Перспективы
использования нетрадиционных
источников энергии// Энергетика и
топливные ресурсы Казахстана.1992 г. № 2, стр.48-52.
5. Закон РК «О поддержке использования возобновляемых источников
энергии». - 4.07.2009 г.