Лекция 8. Перспективы развития малой энергетики. Нетрадиционные способы получения электроэнергии и перспективы их использования

Ветроэнергетика - отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2012 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 282,6 гигаватт. В 2010 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %, в Испании — 16 % и в Германии — 8 %.^[5] В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии.

Республика Казахстан по своему географическому положению находится в ветровом поясе северного полушария и на значительной территории Казахстана наблюдаются достаточно сильные воздушные течения, преимущественно северо-восточного, юго-западного направлений. В ряде районов Казахстана среднегодовая скорость ветра составляет более 6 м/с, что делает эти районы привлекательными для развития ветроэнергетики.

По экспертным оценкам, ветроэнергетический потенциал Казахстана оценивается в 929 млрд. кВтч в год.

Исследования ветроэнергетического потенциала по регионам Казахстана, проведенные в рамках проекта Программы развития ООН по ветроэнергетике, показывают наличие хорошего ветрового потенциала для строительства ВЭС в Южной зоне (Алматинская, Жамбылская, Южно-Казахстанская области), в Западной зоне (Мангистауская и Атырауская области), в Северной зоне (Акмолинская область) и Центральной зоне (Карагандинская область).

Главным препятствием к развитию ветроэнергетики являются высокие удельные капитальные затраты на строительство и как следствие высокий тариф на электроэнергию. Однако в условиях постоянного роста цен на энергоносители, привлечения инвестиций в модернизацию и обновление генерирующих мощностей разница между ценой на электроэнергию от традиционных источников и ветроэлектростанции будет сокращаться.

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Использование солнечной энергии в мире

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения:

· фотовольтаика — получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;

· гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах). В качестве особого вида станций гелиотермальной энергетики принято выделять солнечные системы концентрирующего типа (CSP - Concentrated solar power). В этих установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч солнца. Этот луч солнца используется как источник тепловой энергии для нагрева рабочей жидкости, которая расходуется для электрогенерации по аналогии с обычными ТЭЦ или накапливается для сохранения энергии. Преобразование солнечной энергии в электричество осуществляется с помощью тепловых машин:

· паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;

· двигатель Стирлинга;

· термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор).

· солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

В апреле 2010 года в рамках государственного визита в Южную Корею Глава государства Нурсултан Назарбаев посетил исследовательский центр «Даэдок Иннополис»,который занимается возобновляемыми источниками энергии. После ознакомления с работой этого центра Глава государства поручил заняться вопросами использования солнечной и ветряной энергии в Республике Казахстан.

Были исследованы возможности Казахстана в этом направлении и обнаружено удивительное месторождение чистого кварца, из которого можно делать металлический кремний высокого качества. Мы связались с Комиссариатом по атомной промышленности Франции, изучили их научно-исследовательские работы и первые результаты получения кремния солнечного качества без очистки химическим путем. Начали экспериментировать с французскими коллегами и увидели, что кремний солнечного качества из сырья обнаруженного уникального месторождения можно получать, минуя дорогостоящий химический передел.

В ходе официального визита Главы государства во Францию в октябре 2010 года были подписаны соглашения о трансферте французских технологий в нашу страну. После этого началась работа по разработке ТЭО проекта по производству солнечных батарей. Этот вопрос долго обсуждался на инвестиционном комитете АО «Самрук-Қазына», на заседании Совета директоров. Мы прошли все инстанции, которые возможны. После утверждения ТЭО мы приступили к детальному проектированию, а затем и к строительству завода.

В настоящее время ситуация следующая. Было приобретено месторождение чистого кварца, а также простаивающий длительное время завод в городе Уштобе в Алматинской области, где возможно выплавлять этот кварц. В марте 2012 года завод уже начал работать и из кварца Сарыкольского месторождения получать металлургический кремний. Сегодня завод вышел на проектную мощность, сотни людей получили рабочие места. Сейчас ежедневно производится 13 тонн металлического кремния в сутки. Одновременно с этим в Усть-Каменогорске началось строительство завода, на котором будет производиться доочистка этого кремния не химическим путем, а так называемым плазменным дожиганием – удалением примесей, затем из очищенного кремния будут изготавливаться фотовольтаические пластины. Запуск завода ожидается в конце года. Кроме того, мы приступили к строительству завода в Астане, на котором будут собираться из пластин солнечные панели различной мощности. Их можно будет использовать в строительстве солнечных электростанции, освещении дорог, домов и в других сферах народного хозяйства. Строительство завода в Астане планируется завершить к концу 2012 года. Проектная мощность завода по сборке фотоэлектрических модулей составит 50 МВт с расширением до 100 МВт.

Это уникальная цепочка, ее схема такова. Чистый кварц, добытый на руднике, привозится на завод в Уштобе. Из него производится металлический кремний, из которого в Усть-Каменогорске делаются пластины и ячейки. Они везутся в Астану, используются в строительстве солнечных станций. Причем и кусковой кварц, и металлический кремний, и панели очень востребованы на рынке. К примеру, уж 75% панелей, которые произведет завод в течение трех лет, подтверждены off-take контрактами.

Мы планируем не только заниматься производством солнечных панелей, но и проводить исследования в области возобновляемых источников энергии. В частности, совместно с партнерами из Франции и Назарбаев Университетом при заводе будет создан современный центр НИОКР.

В результате эффективной реализации инновационного проекта в Казахстане появится собственная продукция для развития солнечной энергетики. Данной технологии нет пока в мире. Казахстан – первопроходец в этом направлении.