Технические науки/5.Энергетика

Магистрант, Олинова О.А.

Иркутский национальный исследовательский технический университет, Россия

Общие проблемы развития солнечной энергетики

Знаменитый Тесла говорил, что энергия окружает нас повсюду, и вопрос состоит лишь в том, как ее взять. Одним из бесплатных и неисчерпаемых источников света и тепла, по человеческим масштабам, является Солнце. Тот факт, что солнечный свет и тепло доступны бесплатно, в большом количестве и не принадлежат никому, делает их одним из наиболее важных альтернативных источников энергии.

Известно, что мощность солнечной радиации на поверхности Земли составляет 1,75∙1017 Вт или 5,4∙1024 Дж энергии в год. Количество энергии, поступающей на поверхность Земли, превышает количество энергетических ресурсов, в т.ч. возобновляемых (в 5000 раз больше потенциала ветровой энергии, в 1500 раз больше потенциала гидроэнергии).[1] Данные, опубликованные Европейской ассоциацией фотоэлектрической промышленности (EPIA): за 2012 год суммарная мощность действующих во всем мире гелиоэнергетических установок выросла на 31 гигаватт (ГВт), превысив рубеж в 100 ГВт. [2]

Так же стоит отметить, что использование всего лишь 0,0125% солнечной энергии способно обеспечить все потребности мировой энергетики сегодня, а использование 0,5% - полностью покрыть потребности в будущем. По оценкам специалистов (German Advisory Council on Global change), к 2100 году солнце станет доминирующим источником энергии на планете [3].

На сегодняшний день, энергия солнца активно используется в фотовольтаике, гелиотермальной энергетике, при преобразовании электричества с помощью тепловых машин, в термовоздушных электростанциях, а так же в солнечных аэростатных электростанциях. Наиболее популярными направлениям развития являются солнечные водонагревательные установки (коллектора), солнечные электростанции (СЭС), фотоэлектрические преобразователи (ФЭП).

Помимо перспективности развития оборудования для преобразования энергии и тепла, а так же постоянная доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей, у гелиоэнергетики существует ряд недостатков, проблем и индивидуальных особенностей отрасли.

Для использования потенциала солнечной энергии существует множество установок, но их широкое внедрение останавливает множество весомых факторов. Известно, что солнечная активность напрямую зависит от сезонности, географической широты, местного изменения погоды и текущего времени суток, а в некоторых широтах солнечные установки просто нерентабельны, в принципе. Так же для строительства солнечных электростанций требуются большие площади земли, которые удовлетворяют вышеперечисленным критериям. Постоянное несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии, влечет за собой необходимость активной и постоянной её аккумуляции. При промышленном производстве с большими мощностями возникает потребность в дублировании солнечных энергоустановок маневренными энергоустановками сопоставимой мощности. Высокая стоимость оборудования и конструкций, связанна с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур). Для строительства СЭС требуются локальные долгосрочные инвестиции. Выходная цена электроэнергии для потребителя значительно выше, чем от традиционных источников [4]. Существует необходимость периодического контроля эксплуатации и очистки отражающей/поглощающей поверхности (в частности, на тепломашинных ЭС) от загрязнения. Эти и другие проблемы развития солнечной энергетики можно компенсировать её относительной экологичностью.

Теоретически, существует полная безопасность для окружающей среды, по сравнению с традиционными отраслями: энергия сама по себе «экологически чистая», то есть не производящая вредных отходов во время активной фазы использования [5], её производство не вносит вклад в глобальное потепление, кислотные дожди и смог, отсутствуют вредные выбросы. Зачастую электроэнергия и теплоэнергия производится там же, где потребляются. Не используется топливо, следовательно, не способствуют амортизации транспорта и транспортировки топлива или радиоактивных отходов. Но с другой стороны, экологическая безопасность подрывается на производстве фотоэлементов, т.к. уровень загрязнения не превышает допустимого уровня для предприятий микроэлектронной промышленности. Применение кадмия при производстве некоторых типов фотоэлементов имеет непростой процесс утилизации. Это не имеет пока с экологической точки зрения приемлемого решения, но такие элементы незначительно распространены и соединениям кадмия в современном производстве уже найдена замена. Нагрев атмосферы над СЭС влечет за собой изменение в микроклимате местности, где она непосредственно располагается. Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т.д. Нежелательное экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетических системах во время длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными веществами. Существует мнение, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить характеристику отражательной способности земной поверхности и привести к изменению климата, при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно.

При этом, принято, что без ущерба для экологии окружающей среды может быть использовано 1,5 % всей падающей на Землю солнечной энергии [6].

Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что проблемы развития гелиоэнергетики имеют локальный и глобальный масштаб. Как и в традиционных отраслях энергетики, эти проблемы оказывают суммарное экологическое влияние на порядок ниже в сравнении с традиционной энергетикой.

Тем не менее, именно эта отрасль обладает наибольшим потенциалом долгосрочного роста в мировом масштабе.

Литература:

1. Стребков Д.С. О развитии солнечной энергетики в России// Теплоэнергетика. 1994. № 2.

2. Геро Рютер, Андрей Гурков. Мировая солнечная энергетика: переломный год. Deutsche Welle (29 мая 2013). 

3. Шуткин О. И. Солнечная энергетика: перспективы в мире и состояние в России [Электронный ресурс]/ Energy fresh научно-популярный портал «Зеленых технологий» и возобновляемых источников энергии 2011 год.

4. Алексеенко С.В. Нетрадиционная энергетика и энергоресурсосбережение/ С.В. Алексеенко// Инновации Технологии Решения. 2006. № 3.

5. Медведев А.В. Влияние конструктивных параметров плоского воздушного гелиоколлектора на его эффективность// Вестник Московского энергетического института. 1995. № 5.

6. Геополитика солнца. Частный Корреспондент. chaskor.ru