|
| |
|
Главная -> Экология
Солнечные элементы. Переработка и вывоз строительного мусораОсновные выводы Генерирование электричества за счет энергии ветра в благоприятных ветровых районах, на больших ветряных фермах на сегодняшний день экономически выгодно. Потребители не столкнутся с повышением тарифов на электроэнергию при более широком применении ветроэлектричества, которое, помимо прочего, не претендует на льготы за неиспользованные водные ресурсы и отсутствие выбросов в атмосферу парниковых газов. Ветроэнергетические ресурсы США огромны и способны намного быстрее обеспечить рост производства электричества за счет энергии ветра. У США есть материальная база по ветроресурсам, с помощью которой можно добиться высокого и экономичного использования ветровых мощностей. Континентальная часть США с двенадцатью благоприятнейшими ветровыми штатами обладает таким потенциалом энергии ветра, который аналогичен примерно двум с половиной объемам всего производства электроэнергии в США за 2003 год. Для достижения высокого уровня использования энергии ветра в разумные сроки необходимо политическое решение. В трех европейских регионах ветровая энергия уже используется на 27% от ветровой мощности. Отчасти это произошло благодаря устойчивому консенсусу между европейскими политическими и отраслевыми структурами, включая промышленность, о необходимости снижения выбросов парниковых газов и увеличения доли возобновляемых источников энергии. На сегодняшний день США занимают лидирующую позицию в производстве энергии за счет возобновляемых источников, а также в области снижения выбросов парниковых газов. Однако из-за отсутствия экономических и политических решений, например, таких, как программа развития возобновляемых источников энергии (Renewable Portfolio Standard), в развитии ветроэнергетики США будет наблюдаться серьезное отставание от потенциальных возможностей страны. Отсутствует как адекватная инфраструктура ЛЭП, так и институциональная инфраструктура, необходимые для крупномасштабного развития ветроэнергетики. Развитие ветроэнергетики США сильно отстает от Европы во многом потому, что инфраструктура ЛЭП, а также экономический и политический консенсус относительно ее развития находятся в Европе на более высоком уровне по сравнению с США. Цены на ветроэлектрическую энергию в Типовых соглашениях о закупке энергии (Power Purchase Agreements) значительно ниже стоимости той же электроэнергии при продаже ее конечному потребителю. Средняя цена на электричество, вырабатываемое за счет энергии ветра, во многих соглашениях о закупке энергии составляет 25-35 долларов за мегаватт-час (мгвт/ч). Однако цена, которую в состоянии платить конечный потребитель, без повышения тарифов на электроэнергию, намного выше. Иными словами, скрытая конечная цена энергии ветра (принимая в расчет затраты на передачу и распределение электроэнергии, а также интеграцию энергосистемы) в значительной степени превышает поступления производителей ветровой энергии. Такая разница в конечной цене и прибыли производителей ветровой энергии приводит к необходимости налоговых скидок (кредитов). Если бы компаниям-производителям ветровой энергии удалось возместить скрытую цену, темпы развития ветроэнергетики могли бы значительно ускориться. При надлежащем регулировании и инвестировании в ветроэнергетику и эффективные проекты задача по значительному снижению выбросов парниковых газов экономически выполнима. Поскольку энергия ветра не выделяет углекислый газ (CO2) и на сегодняшний день это экономически выгодно, при правильных условиях и мерах регулирования это означает, что можно значительно снизить объемы выбросов CO2, не прибегая к повышению себестоимости электричества. В настоящее время в Европе уже осуществляются подобные проекты. Несмотря на то что кредиты за снижение выбросов CO2 очень важны для США, эти виды льгот на сегодняшний день пока довольно скромные. В сегодняшних условиях на федеральном уровне и на уровне штатов необходимы налоговые льготы (кредиты) на производство энергии. Отсутствие национальной или единой региональной структуры, а также адекватной инфраструктуры ЛЭП и другой инфраструктуры для интеграции ветра приводит к необходимости выделять налоговые кредиты на производство энергии на федеральном уровне и на уровне штатов для обеспечения непрерывного развития энергосистемы. Поскольку миллион британских тепловых единиц или более обходится на сегодняшний день в 5 долларов, замена природного газа ветроэнергетикой экономически обоснована с учетом предельных альтернативных издержек. Стоимость производства электричества за счет энергии ветра, включая 3 доллара за мгвт/ч за подключение в энергосистему, варьируется от 38 до 45 долларов за мгвт/ч в благоприятных ветровых зонах в пяти районах штата Нью-Мексико, о которых шла речь в статье. При этом предельные альтернативные издержки (т.е. издержки за вычетом капитальных и прочих фиксированных затрат) для энергоустановок с комбинированным циклом составляют примерно 38-40 долларов за мгвт/ч. Ветер также выгоден тем, что нет необходимости прибегать к водным ресурсам (экономия - несколько долларов за мгвт/ч). Кроме того обеспечивается своеобразная защита от колебаний в ценах на природный газ (также экономия в несколько долларов за мгвт/ч). Еще более выгодна замена электричества, производимого турбинной установкой за счет сжигания топлива, или электроэнергии, производимой одноступенчатыми газовыми турбинами в часы пиковых нагрузок, поскольку альтернативные затраты в этих двух случаях составляют 50 и 60 долларов за мгвт/ч соответственно. Для ветроэлектричества необходим кредит на расширение мощностей, а не только на генерирование электричества. Ветер не так уж и непредсказуем. Его количество и мощность можно рассчитать , с небольшими погрешностями, за час, за день или за сезон. Для планирования необходимых мощностей в энергосистеме можно использовать статистические анализы. Диапазон погрешностей и, соответственно, затрат можно снизить за счет: а) совершенствования прогнозов; б) разных источников ветровой энергии, разделяемых большими расстояниями и объединенных в единую энергосистему; в) инфраструктуры ЛЭП и включения энергии ветра в энергосистему. Кредитование на расширение мощностей с учетом определенного уровня стоимости и надежности возможно, если планирование новых мощностей предусматривает снижение доли природного газа в производстве электричества. Экономику ветроэнергетики можно было бы улучшить, если бы производителям ветроэнергии удалось получить обоснованный налоговый кредит на увеличение мощностей. В рассмотренных выше примерах льготы на расширение мощностей могли бы составлять 2-3 доллара за мгвт/ч. Это значительная часть разницы между ценой, обозначенной в Типовом соглашении о закупке энергии, и стоимостью энергии ветра (разница, которая на сегодняшний день компенсируется налоговыми скидками). Благодаря ветроэлектричеству можно высвободить природный газ для транспортных средств (косвенно). Можно объединить подземные теплонасосные установки (ТНУ), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и энергию ветра и отказаться от использования природного газа для отопления помещений и водяного отопления в зданиях. В свою очередь этот природный газ можно использовать для транспортных средств в виде сжатого природного газа, и таким образом отказаться от бензина и снизить импорт нефти. Эти меры позволили бы значительно снизить как автомобильные выбросы CO2, так и бытовые, снизив уровень загрязнения воздуха в городах. Включение топливных элементов в источники возобновляемой энергии потребует повышения эффективности производства топливных элементов и водорода, а также снижения затрат на топливные элементы. Интегрирование производства водорода и топливных элементов в систему электроснабжения в рамках стратегии по увеличению возобновляемых источников энергии способно увеличить кредитование на расширение ветровых мощностей. Однако на сегодняшний день это неэкономично из-за высоких затрат на топливные элементы и в целом низкого кпд преобразования ветроэлектричества в водород и электричество на топливных элементах. Рекомендации Ассоциация губернаторов западных штатов (Western Governor's Association) должна официально одобрить программу 20% электроснабжения региона за счет возобновляемых источников энергии. Учитывая, что энергии ветра много и при удачном стечении обстоятельств она экономически выгодна, необходимо принять решение о достижении 20% производимой в регионе электроэнергии за счет возобновляемых источников, с акцентом на включение энергии ветра в энергосистему по причинам, изложенным в разделе Основные выводы . Безусловно, каждый штат может принять собственные нормативы по внедрению соответствующей Программы развития возобновляемых источников энергии (Renewable Portfolio Standard) и достижению 20% доли производимой энергии за счет возобновляемых источников. Ассоциация губернаторов западных штатов должна убедить Ассоциацию национальных губернаторов и федеральное правительство принять такую программу. Развитие ветроэнергетики должно быть частью комплексного планирования в целях снижения колебаний в ценах на природный газ. Поскольку по сегодняшним расценкам затраты на ветроэлектричество в благоприятных ветровых районах часто бывают ниже альтернативных затрат на природный газ, то регулирующие органы и операторы независимых систем должны рассмотреть преимущества использования электричества, генерируемого за счет энергии ветра. Цель - прекратить использование одноступенчатой газотурбинной пиковой установки, а также внедрить несколько однотипных резервных установок, что отчасти поможет решить задачу обеспечения высокой доли ветровых мощностей при умеренных затратах. Для такой интеграции необходимо создать нормативную базу. Ассоциация губернаторов западных штатов должна рассмотреть вопрос о крупномасштабной интеграции энергии ветра на уровне региона. Необходимо создать комитет по изучению технических и экономических требований для крупномасштабного развития ветроэнергетики в регионе Вестерн Интерконнект. Речь идет в том числе об особенностях спроса и предложения, себестоимости и финансировании региональных ЛЭП, увеличении возможностей метеослужб, экономических преимуществах с точки зрения сохранения водных ресурсов, создании механизмов финансирования инфраструктуры, развитии ветроэнергетики в сочетании с сокращением использования природного газа. Кроме того необходимо иметь в виду правила и нормативы, способствующие интернационализации затрат на выбросы CO2 и использование водных ресурсов. Необходимо создать новые нормативы для равного доступа к конечному потребителю. В штатах с регулируемой системой электроснабжения можно разработать нормы, позволяющие энергетическим компаниям возмещать обоснованные издержки (в том числе прибыль на инвестированный капитал) в рамках Программы развития возобновляемых источников энергии. Мы считаем, что развитие ветроэнергетики в благоприятных зонах скорее всего существенно не отразится на конечной стоимости электричества для потребителей. Согласованная интернационализация затрат на потребление воды и выбросы парниковых газов должна осуществляться во всех регионах. Принцип включения затрат на выбросы CO2 и использование водных ресурсов в себестоимость производимой тепловыми электростанциями энергии мог бы значительно ускорить процесс развития ветроэнергетики. В результате цена на электричество, генерируемое ветром, в Типовых соглашениях о закупке энергии может вырасти примерно на 5 долларов за мгвт/ч. В штате Нью-Мексико необходимо создать специальный проект, демонстрирующий использование энергии ветра, тепловые элементы, солнечное фотоэлектричество, эффективность производства, а также применение сжатого природного газа в автомобильной промышленности. Такой комплекс мер обладает огромным потенциалом и преимуществами для окружающей среды и безопасности. Однако, к сожалению, сегодня это экономически не выгодно. Этот демонстрационный проект, в котором тщательно оцениваются как преимущества, так и затраты, мог бы иметь огромное значение для оценки перспектив и препятствий на пути к будущему с возобновляемыми источниками энергии, когда водород, природный газ и возобновляемые виды энергии станут основными источниками энергии, а потребление нефти сильно снизится. Несмотря на то что мы не изучали этот вопрос, возможно, имеет смысл включить в подобный проект несколько вариантов непосредственного использования солнечного фотоэлектричества, чтобы оценить снижение пиковых нагрузок в сети и льготы на расширение ветровых мощностей. Штат Нью-Мексико лучше всего подходит для демонстрации подобного проекта для земель Ассоциации губернаторов западных штатов, а также для всей страны, поскольку в этом штате имеются первоклассные научные и технические ресурсы в виде национальных лабораторий, включая НАСА (в Уайт Сэндсе), правительство, оказавшее политическую поддержку возобновляемым источникам энергии, а также по большей части сформированная правовая инфраструктура.
Многие из нас не подозревают, что способполучения электроэнергии из солнечногосвета известен около 130 лет. Явлениефотоэффекта впервые наблюдал ЭдмонБеккерель в 1839г. Это случайное открытиеоставалось незамеченным вплоть до 1873г.,когда Уиллоуби Смит обнаружил подобныйэффект при облучении светом селеновойпластины. И хотя его первые опыты былидалеко несовершенны, они знаменовали собойначало истории полупроводниковыхсолнечных элементов. В поисках новыхисточников энергии в лаборатории Белла былизобретен кремниевый солнечный элемент,который стал предшественником современныхсолнечных фотопреобразователей. Лишь вначале 50-х годов 20-го века солнечный элементдостиг относительно высокой степенисовершенства. Преобразование энергии в солнечныхэлементах (ФЭП) основано нафотовольтаическом эффекте в неоднородныхполупроводниковых структурах привоздействии на них солнечного излучения. Наданной странице мы не ставим себе цельювдаваться в физику этого непростогоявления, поэтому вкратце опишемпрактическую сторону дела. Использовать энергию солнечных элементовможно также как и энергию других источниковпитания, с той разницей, что солнечныеэлементы не боятся короткого замыкания.Каждый из них предназначен для поддержанияопределенной силы тока при заданномнапряжении. Но в отличии от другихисточников тока характеристики солнечногоэлемента зависят от количества падающегона его поверхность света. Например,набежавшее облако может снизить выходнуюмощность более чем на 50%. Кроме тогоотклонения в технологических режимахвлекут за собой разброс выходныхпараметров элементов одной партии.Следовательно, желание обеспечитьмаксимальную отдачу от фотоэлектрическихпреобразователей приводит к необходимостисортировки элементов по выходному току. Вкачестве наглядного примера “вшивой овцыпортящей все стадо” можно привестиследующий: в разрыв водопроводной трубыбольшого диаметра врезать участок трубы сгораздо меньшим диаметром, в результатеводоток резко сократится. Нечтоаналогичное происходит и в цепочке изнеоднородных по выходным параметрамсолнечных элементов. Кремниевые солнечные элементы являютсянелинейными устройствами и их поведениенельзя описать простой формулой типазакона Ома. Вместо нее для объясненияхарактеристик элемента можно пользоватьсясемейством простых для понимания кривых -вольтамперных характеристик (ВАХ) Напряжение холостого хода, генерируемоеодним элементом, слегка изменяется припереходе от одного элемента к другому водной партии и от одной фирмы изготовителяк другой и составляет около 0.6 В. Этавеличина не зависит от размеров элемента.По иному обстоит дело с током. Он зависит отинтенсивности света и размера элемента, подкоторым подразумевается площадь егоповерхности. Элемент размером 100*100 мм в 100 разпревосходит элемент размером 10*10 мм и,следовательно, он при той же освещенностивыдаст ток в 100 раз больший. Нагружая элемент, можно построить графикзависимости выходной мощности отнапряжения, получив нечто подобноеизображенному на рис.2 Пиковая мощность соответствуетнапряжению около 0,47 В. Таким образом, чтобыправильно оценить качество солнечногоэлемента, а также ради сравнения элементовмежду собой в одинаковых условиях,необходимо нагрузить его так, чтобывыходное напряжение равнялось 0,47 В. Послетого, как солнечные элементы подобраны дляработы, необходимо их спаять. Серийныеэлементы снабжены токосъемными сетками,которые предназначены для припайки к нимпроводников. Батареи можно составлять в любой желаемойкомбинации. Простейшей батареей являетсяцепочка из последовательно включенныхэлементов. Можно также соединитьпараллельно цепочки, получив такназываемое последовательно-параллельноесоединение. Важным моментом работы солнечныхэлементов является их температурный режим.При нагреве элемента на один градус свыше 25оСон теряет в напряжении 0,002 В, т.е. 0,4 %/градус.На рис.3 приведено семейство кривых ВАХ длятемператур 25о С и 60о С. В яркий солнечный день элементынагреваются до 60-70оС теряя 0,07-0,09 Вкаждый. Это и является основной причинойснижения КПД солнечных элементов, приводя кпадению напряжения, генерируемогоэлементом. КПД обычного солнечного элемента внастоящее время колеблется в пределах 10-16 %.Это значит, что элемент размером 100*100 мм пристандартных условиях может генерировать1-1,6 Вт. Стандартными условиями для паспортизацииэлементов во всем мире признаютсяследующие : -освещенность 1000 Вт/м2 -температура 25оС -спектр АМ 1,5 (солнечный спектр на широте 45о).
Как создать систему аскуэ. Журнал. Gussing 100% без викопного палива. Особенности применения энергоэ. Чистый воздух. Главная -> Экология 
|