Евгений Сергеев (sergeeffff) wrote,
Евгений Сергеев
sergeeffff

Солнечная энергетика



Прогресс всегда неминуемо приводил к увеличению потребления различных видов энергии. Первобытный человек использовал возможности собственного тела. Далее он научился использовать огонь, что привело к значительному расширению его ареала. Приучение животных увеличило возможности человека по перемещению по территории и в обработке земель.
В настоящий момент человек использует огромное количество источников энергии. При этом по всей планете их структура неравномерна: в неразвитых странах высокая доля биотоплива, в развитых – постепенно развиваются возобновляемые источники энергии.
Согласно классификации Кардашова Н.С., по уровню энергопотребления наша цивилизация находится где-то в движении от нулевого к первому типу:
Тип 0. Цивилизация: первобытное общество. Объем энергопотребления: минимален.
Тип 1 (планетарный). Цивилизация потребляет энергию, эквивалентную всей солнечной энергии, падающей на Землю. Объем энергопотребления: В 700 раз больше энергопотребления 2007 г.
Тип 2 (звездный). Цивилизация потребляет всю энергию центральной звезды. Энергопотребление: в 10 млрд раз больше, чем цивилизация типа 1.
Подтип 2.5 (межзвездный). Цивилизация, освоившая пространство в несколько сот световых лет вокруг материнской планеты, которое включает в себя около миллиона звезд, среди которых есть тысячи землеподобных планет. Энергопотребление: в миллион раз больше, чем цивилизация типа 2.
Тип 3 (галактический). Цивилизация, потребляющая энергию, равную энергии всей Галактики. Энергопотребление: в 10 млрд раз больше, чем тип 2.
Тип 4 (вселенский). Цивилизация, потребляющая энергию всей видимой Вселенной. Энергопотребление: в 10 млрд раз больше, чем тип 2. Энергопотребление: в 10 млрд раз больше, чем цивилизация типа 3.

С учетом уровня развития технологий трудно выйти на уровень потребления, равному цивилизации типа 1. Однако человек постоянно изобретает и стремится диверсифицировать энергопотребление. Так активно осваиваются альтернативные источники энергии, к которым относят солнечную, ветровую, энергию океанов и морей, биоэнергетику, геотермальную энергию, водородную энергетику.
Активное развитие возобновляемых источников энергии в Европе создает видимые угрозы для российского нефтегазового сектора. Например, в 2016 г. на долю альтернативной энергетики в Европе приходилось 16% общей генерации электроэнергии. Поэтому стоит внимательно проанализировать новые источники энергии.
Все процессы, протекающие на Земле, находятся в прямой зависимости от активности Солнца. Звезда является основным источником света и тепла для нашей планеты. Не будь её, господствовал бы мрак и холод.
Человек делает свои первые попытки по использованию солнечной энергии, которая поступает к нам в достатке: «Ежедневно на Землю поступает около 4,2•1014 кВт•ч, а всем населением Земли в 2007 г. было израсходовано (за год) - 94•1012 кВт•ч» . Иными словами, в этом году землянами было использовано 0,04% энергии от поступающей от Солнца за один день.
Согласно концепции Третьей промышленной революции от Джереми Рифкина, именно солнечная генерация должна заместить традиционные источники энергии.
Развитие солнечной энергетики идет в двух направлениях. Первое – это фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии в электрическую, второе – использование зеркал для концентрации света.
Классические фотоэлектрические панели находят глубокое применение в Европе, Китае, США и иных экономически развитых странах. Второй способ связан с монтажом больших зеркал, которые концентрируют энергию на сосуд в башне. Вода или иной наполнитель нагревается и начинает вращать турбины. Такой способ производства электроэнергии используется в жарких странах, например, Испании и Индии.
На первом этапе солнечная энергетика по себестоимости значительно уступала традиционным источникам. Многим государствам пришлось поддерживать это направление, и некоторые скептики с подозрением относились к данному источнику энергии. Однако в настоящий момент во многих странах себестоимость солнечной генерации приблизилась к тепловым электростанциям. Пролонгация этой тенденции приведет к тому, что генерировать на солнечных батареях станет выгодней, чем иными способами. Это приведет к взрывному увеличению инвестиций в солнечную генерацию, и, как следствие, резкому увеличению её доли в общем производстве электроэнергии.
В США мощность солнечной энергетики превысила атомную, а примерно через пять лет аналогичная ситуация будет уже по всему миру. За 2013-16 гг. в США приостановлена работа шести атомных реакторов общей мощностью 4862 МВт. Также в этой стране набирают популярность концепция домов-электростанций. Солнечные панели генерируют электричество. При его избытке энергия накапливается в литий-ионных аккумуляторах. Ночью дополнительно потребляется природный газ.
Компания Tesla в ближайшее время планирует выйти на рынок с солнечной кровлей. Предварительные заказы значительно превысили производственные мощности компании. Ожидается, что кровля будет производить электроэнергию на протяжении 30 лет. Стоимость 1 кв.м. составит 235 долл.США.
Компания Audi планирует встроить солнечные батареи в крушу электромобилей. Получаемая электроэнергия будет направлена на компенсацию работы кондиционера. Это позволит увеличить запас хода.
Одним из лидеров использования солнечной энергетики является Китай. Так в 2016 г. в провинции Аньхой завершилось строительство самой крупной плавучей солнечной электростанции мощностью 40 МВт. Электростанция была возведена на месте затопленного угольного карьера. В ближайшее время по всему миру ожидается распространение опыта по возведению плавучих солнечных электростанций.
В Российской Федерации высокий уровень инсоляции на юге европейской части и в районах Дальнего Востока. Самая крупная электростанция, Орская, построена в Оренбургской области. Её установленная мощность 40 Мвт. Также активно солнечная энергетика развивается в Башкортостане, где построены Бурибаевская и Багульчанская СЭС мощностью соответственно 40 и 15 МВт. В общем производстве электроэнергии солнечная генерация у нас занимает долю в пределах статистической погрешности.
Среди неоспоримых преимуществ солнечной энергетики стоит отметить отсутствие двуокиси углерода в процессе эксплуатации. Выброс некоторых загрязняющих веществ происходит лишь в процессе производства и утилизации солнечных панелей. Сам производственный процесс, а он может длиться до 30 и более лет, не сопровождается загрязнением окружающей среды.
Для строительства солнечных электростанций требуются значительные площади, что отрицательно влияет на природу. Однако это можно нивелировать путем размещения солнечных батарей на крышах и стенах многоквартирных домов, когда генерации электроэнергии будет децентрализовано.
У термоэлектростанций есть ещё одна неприятная история. У башни, на которую концентрируется солнечный свет, резко увеличивается температура, что может привести к смерти насекомых и птиц.
К сожалению, Солнце светит не круглосуточно, поэтому солнечная генерация крайне неравномерна по времени суток. Встает вопрос её аккумулирования в солнечные дни с последующим использованием ночью. Джереми Рифкин предлагает использовать для этого водород, когда избыток солнечной генерации днем используется для разложения воды.
На солнечных термостанциях горячая жидкость может накапливаться днем, и использоваться для производства пара ночью. Это позволяет не применять дополнительные источники энергии.
В Австралии избыток электроэнергии от солнечных батарей предлагается направлять на образование льда, который в свою очередь будет сокращать уровень потребления электроэнергии кондиционерами.
Появление надежных и мощных аккумуляторов позволит значительно расширить использование преимуществ солнечной энергетики. В данном направлении успешно работает компания Tesla.

P.S. Текст взят из моей книги "Наше будущее. Роботы уже среди нас"
Tags: ВИЭ, наше будущее, солнечная энергетика
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments