Экономическая оценка методов преобразования СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Башенные СЭС с термодинамическим циклом. Структура капитальных затрат для различных систем башенных СЭС видна из диаграммы на рис. 1.59 [9].
От 20 до 50% капиталовложений при строительстве башенных СЭС приходится на создание поля гелиостатов. Наибольшая доля соответствует первому поколению СЭС. Практически одинакова стоимость башни с центральным теплоприемником и для маломощных, и для крупных СЭС. Оборудование турбинного цикла оригинальностью не отличается. Оно хорошо разработано и освоено при выпуске. Наличие теплового аккумулятора увеличивает капиталовложения на 10%. К тому же растут затраты на поле гелиостатов, т. к, часть его работает на аккумулятор.
По имеющимся данным, удельные капиталовложения для башенных СЭС довольно высоки и составляют до 10000 долл./кВт. В американском проекте гибридной СЭС, работающей по циклу Брайтона с нагревом воздуха, имеющей мощность 100 МВт, стоимость 1 кВт установленной электрической мощности будет на уровне 1300 долл.
Снижение капитальных затрат возможно при модернизации оптических систем как наиболее капиталоемких. Известно, что первое поколение толстостенных зеркальных гелиостатов изготавливали при стоимости 2000 долл./м2. Второе поколение отражателей на СЭС Solar One (США) стоило уже 600 доллєм2, а площадь одного гелиостата находилась в пределах 25-50 м2. К середине 90-х годов XX века стоимость элементов оптической системы снизилась до 217 Долл./м2. Увеличение ежегодного выпуска гелиостатов более 100000 м2
обствовать дальнейшему снижению стоимости до 130 долл./м2. Одновре — с,>0 0 в проектах предусматривается возрастание отражательной поверхности гелиостата до 150-200 м2. Модернизируется и сам оптический элемент.
ОДНО*
родстостенное стекло заменяется тонкой стеклянной защитой, которая предо — акяет отражающий слой, нанесенный на металлическую фольгу. На реконструированной в 1996-99 годах СЭС Solar Two уже испытывались мембранные гелиостаты С13 из более дешевых полимерных пленок майлара (полиэтилена терифталата) с отражающим покрытием.
Вторым важнейшим показателем работы СЭС является стоимость вырабатываемой электроэнергии. Электростанции, построенные в 80-х годах, производили ее по цене 0,25-0,4 долл./(кВт-ч). Расчеты показывают, что с учетом увеличения единичной мощности башенной СЭС до 100 МВт и применения современных систем сбора солнечной радиации, стоимость вырабатываемой электроэнергии может быть снижена до 5-10 цент./(кВт — ч).
Модульные СЭС. На электростанциях с рассредоточенными приемниками солнечной радиации на долю параболоцилиндрических и параболических концентраторов приходится 40-60% капитальных затрат. Причем, параболоиды стоят дороже. Совершенствованию оптической системы уделяется серьезное внимание, поэтому на построенных станциях эксплуатируется несколько поколений концентраторов. Снижение их стоимости отражено на рис. 1.60.
Первые параболоиды имели стоимость до 1000 долл./м2, а к началу 90-х годов XX века она снизилась до 650 долл./м2. Дальнейшее уменьшение стоимости до 120-150 долл./м2 достижимо для мембранной конструкции с напылением отражающего слоя.
От первой до десятой станции типа SEGS капитальные затраты сократились с 4500 до 3687 долл./кВт, что не очень сильно отличается от стоимости 1 кВт на АЭС.
Затраты на выработку электроэнергии с помощью параболоцилиндриче — ских концентраторов изменились от 29 цент. ДкВт-ч) в 1984 г. до 10 цент./(кВт-ч) в начале 90-х годов. Модернизация линейного трубчатого теплоприемника с применением вакуумирования и двухосной системы слежения за Солнцем позволит получать электроэнергию по цене 6 цент7(кВт — ч).
Стоимость,
ДОЛЛ./м2
|
Рис. 1.60. Снижение стоимости концентраторов |
Строящаяся на о. Крит первая европейская гибридная СЭС THES1US мощностью 50 МВт с парабол о цилиндрически ми концентраторами и резервным газовым котлом имеет по проекту капитальные затраты 2200 экю/кВт установленной мощности и будет вырабатывать электроэнергию стоимостью 0,08 экю/( кВт-ч).
Фотоэлектрические станции. На фотоэлектрических станциях основные капиталовложения приходятся на долю модулей — 50-65%. Поэтому так важно их совершенствование и удешевление. Динамику снижения стоимости модуля из монокристалл и чес ко го Si можно проследить по графику (рис. 1.61) [23].
Только в период с 1093 г. по 2000 г. стоимость модуля упала в среднем с 20 до 6 долл,/Вт, Один из крупнейших в мире производителей фотопреобразователей фирма Siemens планирует снизить в ближайшие годы стоимость их выпуска до 1,8-2,2 долл./Вт.
Ясно, что при высокой стоимости базовых элементов вся фотоСЭС стоит достаточно дорого. К началу 90-х годов удельные капиталовложения составляли 7000-10000 долларов на 1 кВт установленной мощности. На этих станциях в
|
Рис. 1.61. Гиафик снижения стоимости модуля из монокристалл и чесного Si |
конце 80-х годов вырабатывалась электроэнергия по цене 0,6-0,95 долл./кВт-ч. С ростом ежегодного выпуска модулей и снижением затрат на их производство упала и стоимость вырабатываемой электроэнергии — до 0,20 долл./(кВт-ч). Американская организация US-DOB, которая занимается строительством фото — СЭС совместно с Министерством энергетики США, поставила цель: снизить к началу XXI века стоимость отпускаемой энергии до 0,06 долл ./(кВт-ч).
В одном из последних демонстрационных проектов EUCLIDES, который осуществлен в Испании, мощность фотоСЭС с параболоцил и ндрическим и концентраторами длиной 75 м составила 480 кВт, а капиталовложения — 6875 эюо/кВт.
По прогнозам, стоимость производства модулей из тонкопленочных материалов может достигнуть 1 экю/Вт при ежегодном объеме их выпуска 60 МВт, что вполне реально в ближайшие годы. Предсказывают, что в последующие годы стоимость выработки электроэнергии на фотоСЭС будет Уменьшаться до 3 цент./(кВт — ч), а стоимость энергии, произведенной на обычных ТЭС, — возрастать. Эта тенденция изображена на рис. 1.62.
|
Рис. 1.62. Изменение стоимости выработки электроэнергии |
Солнечные коллекторы. Стоимость солнечных коллекторов, выпускаемых в разных странах, зависит от применяемых материалов, конструкции, технологии изготовления, назначения и других факторов. Например, абсорберы из пластиков производятся по цене 75-200 долл./м2, а металлические значительно дороже — до 300-1000 долл./м2. Ожидается, что к 2020 г. в результате усовершенствования конструкции и технологии производства стоимость солнечных коллекторов снизится до 50-400 долл./м2.
Если рассматривать теплоснабжение индивидуального дома, то оно может быть обеспечено установкой нескольких солнечных коллекторов из расчета площади приблизительно 2 м2 на одного человека. В этих условиях наличие коллектора позволяет на 40-60% удовлетворить потребность в горячей воде. Стоимость тепловой энергии, вырабатываемой коллектором, изменялась следующим образом (рис. 1.63).
В настоящее время цена отпускаемой тепловой энергии 0,22-0,25 фрДкВт — ч) считается в Швейцарии рентабельной.
Стоимость тепловой энергии в проектируемых крупных нагревательных установках в странах Европейского Союза колеблется в пределах 0,7-1,5 экю/(кВт — ч).
Важен срок окупаемости коллекторов.
1.7.
 |
ЭКОЛОГИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Воздействие солнечной энергетики на экологическую обстановку имеет несколько аспектов. Первый связан с тем, что строительство мощных солнечных электрических станций как термодинамического цикла, так и фотоэлектрического типа требуют отведения значительных по площади земельных участков. Так, например, поле гелиостатов, приходящихся на 1 МВт установленной мощности СЭС, размещается на площади 2,5-3,5 га (для башенных СЭС), фотоэлектрические модули мощностью 1 МВт занимают участок в 6-11 га в зависимости от величины солнечной радиации.
Действующие СЭС характеризуются большими потоками энергии, что может вызвать локальные климатические изменения.
Изготовление ФЭП для фотоэлектрических станций является вредным производством, связанным с образованием большого количества кремниевой пыли. При плавке кремния и получении слитков сжигаются обычные органические энергоносители. Сопоставление выбросов диоксида углерода ССЬ при большом масштабе производства фотопреобразователей и при работе наиболее эффективных угольных ТЭС дает следующие результаты:
Тип преобразователя
монокристалл ический
поликр исталли ческ и й
тонкопленочный
тонкопленочные многослойные ячейки
ТЭС »
Из таблицы видно, что производство ФЭП сопровождается значительно меньшими выбросами С02, чем это наблюдается при работе тепловых электростанций.