Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего
Рассмотрены важнейшие факторы, материалы и технологии, определяющие роль возобновляемой энергии в будущем производстве энергии. Розглянуто найважливіші фактори, матеріали та технології, що визначають роль відновлюваної енергії у майбутньому виробництві енергії. Essential factors, new materials and t...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2006 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61386 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего / Д.С. Стребков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 20-30. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860213383728463872 |
|---|---|
| author | Стребков, Д.С. |
| author_facet | Стребков, Д.С. |
| citation_txt | Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего / Д.С. Стребков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 20-30. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Рассмотрены важнейшие факторы, материалы и технологии, определяющие роль возобновляемой энергии в будущем производстве энергии.
Розглянуто найважливіші фактори, матеріали та технології, що визначають роль відновлюваної енергії у майбутньому виробництві енергії.
Essential factors, new materials and technologies determing the direction of development and the role of solar energy in future energy generation are considered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:15:09Z |
| format | Article |
| fulltext |
Введение
Ресурсы возобновляемой энергии огромны и
доступны каждой стране. Количество солнечной
энергии, поступающей на территорию России за
неделю, превышает энергию всех российских за;
пасов нефти, газа, угля и урана. В России доля
солнечной энергии в виде биомассы и гидро;
энергии составляет 6 % в общем производстве
энергии, в развивающихся странах 80 % [1]. Доля
ВИЭ* в потреблении энергии в странах ЕЭС
должна возрасти с 6 % в 2000 г. до 12 % до 2010 г.,
а установленная мощность солнечных энергетиче;
ских систем (СЭС) должна увеличиться с 32 МВт
пик. до 3000 МВт пик. в 2010 г. Доля ВИЭ, вклю;
чая гидроэнергетику, должна составлять 22,1 % в
потреблении электроэнергии в странах ЕЭС до
2010 г. В 2003 г. потребление энергии в ЕЭС со;
ставляло 2880,8 ТВт·ч. В 2030 г. прогнозируемая
установленная мощность СЭС, использующих
фотоэлектрический метод преобразования сол;
нечной энергии в мире, составит 300 ГВт при
стоимости 1000 евро/кВт и стоимости электро;
энергии 0,05...0,12 евро/кВт·ч [2]. Возобновляе;
мые источники энергии будут замещать уголь,
нефть, газ и уран в производстве электроэнергии,
теплоты и жидкого топлива.
На Саммите на Окинаве в июле 2000 года лидеры
“большой восьмерки” создали международную
специальную группу и группу советников для опре;
деления барьеров и подготовки решений для дости;
жения существенных изменений в развитии миро;
вой возобновляемой энергетики, от России в неё
вошли начальник управления научно;технического
прогресса Минэнерго РФ Безруких П.П. и акаде;
мик РАСХН Стребков Д.С. В докладе [3], подготов;
20 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Розглянуто найважливіші фактори,
матеріали та технології, що визначають
роль відновлюваної енергії у майбутньо�
му виробництві енергії. Новітні принци�
пи перетворення сонячної енергії,
новітні технології сонячного кремнію,
виробництва сонячних елементів, гер�
метизації сонячних модулей, викорис�
тання стаціонарних сонячних концент�
раторів та нових методів передачі
електричної енергії для глобальної со�
нячної енергосистеми забезпечать
60...90% відновлюваної енергії від світо�
вого виробництва енергії.
Рассмотрены важнейшие факторы,
материалы и технологии, определяю�
щие роль возобновляемой энергии в бу�
дущем производстве энергии. Новые
принципы преобразования солнечной
энергии, новые технологии солнечного
кремния, производства солнечных эле�
ментов, герметизации солнечных моду�
лей, использование стационарных сол�
нечных концентраторов и новых методов
передачи электрической энергии для
глобальной солнечной энергосистемы
обеспечат к концу столетия 60...90 %
доли возобновляемой энергии в миро�
вом производстве энергии.
Essential factors, new materials and
technologies determing the direction of
development and the role of solar energy in
future energy generation are considered.
New physical principles of solar energy
conversion, new technologies of solar
grade silicon, solar cells manufacturing
and solar modules encapsulation, use of
stationary solar concentrators and new
method of electric power transmission for
solar � based global power system provide
by the end of this century 60...90% share
of solar energy in future global energy pro�
duction.
УДК 662.925
СТРЕБКОВ Д.С.
Всероссийский научно#исследовательский институт
электрификации сельского хозяйства
РОЛЬ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ
В ЭНЕРГЕТИКЕ БУДУЩЕГО
* По терминологии, принятой в ООН, все виды энер;
гии, в основе которых лежит солнечная энергия, называ;
ются возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ). К
нетрадиционным возобновляемым источникам энергии
(НВЭИ) относятся гидроэнергия, солнечная, геотермаль;
ная, энергия ветра, энергия приливов и отливов, энергия
волн, термальный градиент моря, энергия преобразования
биомассы, энергия, получаемая в результате сжигания топ;
ливной древесины, древесного угля, торфа, энергия ис;
пользования тяглового скота, энергия, получаемая при
сжигании горячих сланцев и битуминозных песчаников.
ленном специальной группой и утвержденном ли;
дерами большой восьмерки на Саммите в Генуе в
июле 2001 года, поставлена задача за десять лет
обеспечить 1,8 млрд. человек* в мире энергией с по;
мощью ВИЭ и предложена концепция электрифи;
кации сельского хозяйства развивающихся стран.
Общая стоимость этого проекта оценивается в
200...250 млрд. долларов. Для сравнения, затраты этих
1,8 млрд. человек в собственную неэффективную и
невозобновляемую энергетику: свечи, керосиновые
лампы, печи на твердом и жидком топливе, бензино;
вые и дизельные электростанции, составляют около
400...500 млрд. долларов за 10 лет [4]. Лидеры большой
восьмерки заявили на Саммите в Генуе в июле
2001 года: “Мы будем предусматривать развитие
ВИЭ в наших национальных планах и поддерживать
исследования и инвестиции в новые технологии”.
Целью работы является определение сущест;
венных факторов и технологий, определяющих
направления и перспективы развития мировой
возобновляемой энергетики и её роль в энергети;
ке будущего. Роль возобновляемой энергии в
энергетике будущего определяется возможностя;
ми разработки и использования новых физичес;
ких принципов, технологий, материалов и конст;
рукций для создания конкурентоспособных СЭС.
Для того чтобы конкурировать с топливной
энергетикой, возобновляемой энергетике необ;
ходимо выйти на следующие критерии:
– КПД солнечных электростанций не менее
20 %.
– Годовое число часов использования мощ;
ности солнечной энергосистемы должно быть
равно 8 760 часов. Это означает, что Солнечная
энергетическая система должна генерировать
электроэнергию 24 часа в сутки 12 месяцев в году.
– Срок службы солнечной электростанции
должен составлять 50 лет.
– Стоимость установленного киловатта пи;
ковой мощности солнечной электростанции не
должна превышать 1000 долл. США.
– Производство полупроводникового мате;
риала для СЭС должно превышать один млн.
тонн в год при цене не более 15 долл. США/кг.
– Материалы и технологии производства
солнечных элементов и модулей должны быть
экологически чистыми и безопасными.
Рассмотрим, в какой степени современные це;
ли и направления развития солнечной фотоэлек;
трической энергетики отвечают вышеуказанным
критериям.
Повышение эффективности
преобразования солнечной энергии.
Максимальный достигнутый в лаборатории
КПД солнечных элементов (СЭ) на основе кас;
кадных гетероструктур составляет 36,9 % (фирма
Спектролаб, США), для СЭ из кремния 24 %.
Практически все заводы в России и за рубежом
выпускают солнечные элементы с КПД 14…17 %.
Sun Power Соrр. США начала в 2003 г. производ;
ство солнечных элементов из кремния размером
125 х 125 мм с КПД 20 %.
В России и за рубежом разрабатывается новое
поколение СЭ с предельным КПД до 93 %, ис;
пользующее новые физические принципы, мате;
риалы и структуры. Основные усилия направле;
ны на более полное использование всего спектра
солнечного излучения и полной энергии фото;
нов по принципу: каждый фотон должен погло;
щаться в варизонном или каскадном полупро;
воднике с запрещенной зоной*, ширина которой
соответствует энергии этого фотона. Это позво;
лит на 47 % снизить потери в СЭ. Для этого раз;
рабатываются:
– каскадные СЭ из полупроводников с раз;
личной шириной запрещенной зоны;
– солнечные элементы с переменной шири;
ной запрещенной зоны;
– солнечные элементы с примесными
энергетическими уровнями** в запрещенной
зоне.
Другие подходы к повышению КПД СЭ связаны
с использованием концентрированного солнечно;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 21
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
*Запрещенная энергетическая зона в полупроводнике
находится между валентной зоной и зоной проводимости.
Она определяет длинноволновую границу фотоэффекта.
**Примесные энергетические уровни в запрещенной
зоне позволяют увеличивать длинноволновую границу фо;
тоэффекта за счет многофотонного поглощения.
*По данным МИРЭС в 1993 г. около 1,8 миллиарда лю;
дей в мире не имели доступа к коммерческому использова;
нию энергоресурсов.
го излучения, созданием полимерных СЭ, а также
наноструктур на основе кремния и фуллеренов [2].
Новые технологии и материалы позволят в бли;
жайшие пять лет увеличить КПД СЭ на основе
каскадных гетероструктур в лаборатории до 40 %,
в производстве до 26–30 %, КПД СЭ из кремния в
лаборатории до 28 %, в промышленности до 22 %.
Повышение числа часов использования
установленной мощности СЭС
Число часов использования установленной
мощности в год составляет для тепловых электро;
станций в среднем 5200 ч, для ГЭС 1000…4800 ч.
для ВЭС 2000…3000 ч, для СЭС 1000…2500 ч. [5].
Стационарная солнечная электростанция с
КПД 20 % пиковой мощностью 1 кВт вырабаты;
вает за год в центральной России и в Германии
2000 кВт·ч, в пустыне Сахара до 3500 кВт·ч. При
слежении за Солнцем производство электроэнер;
гии при тех же условиях возрастет в России до
2800 кВт·ч/кВт, в Сахаре до 5000 кВт·ч/кВт. Зави;
симость вырабатываемой энергии СЭС от времени
суток и погодных условий является ахиллесовой
пятой СЭС в конкуренции с электростанциями на
ископаемом топливе. Поэтому до настоящего вре;
мени в крупномасштабных проектах и прогнозах
развития солнечной энергетики предусматрива;
лось аккумулирование солнечной энергии путем
электролиза воды и накопления водорода.
В нашем институте проведено компьютерное мо;
делирование параметров глобальной солнечной энер;
гетической системы, состоящей из трех СЭС, установ;
ленных в Австралии, Африке и Латинской Америке,
соединенных линией электропередач с малыми поте;
рями (рис. 1). При моделировании использовались
данные по солнечной радиации за весь период наблю;
дений. КПД СЭС принимался равным 20 %. На рис. 2
представлен график производства электроэнергии в
глобальной солнечной энергосистеме. СЭС генериру;
ет электроэнергию круглосуточно и равномерно в те;
чение года. Размеры каждой из трех СЭС составляют
210 × 210 км, электрическая мощность 2,5 ТВт [6].
В связи с развитием объединенных энергосистем
в Европе, Северной и Южной Америке и предложе;
ниями по созданию глобальной солнечной энерго;
системы появились задачи по созданию устройств
для передачи тераваттных трансконтинентальных
потоков электрической энергии. В конкуренцию
между системами передачи на переменном и посто;
янном токе может вступить третий метод: резонанс;
ный волноводный метод передачи электрической
энергии на повышенной частоте, впервые предло;
женный Н. Тесла в 1897 г. [7], (см. также [8]).
Увеличение срока службы солнечной
электростанции
Срок службы ТЭС и АЭС составляет 30...40 лет.
Срок службы полупроводниковых СЭ превыша;
22 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 1. Глобальная солнечная энергетическая система из трех солнечных электростанций.
ет 50 лет, так как взаимодействие фотонов с ато;
мами и электронами не приводит к деградации
кристаллической структуры и изменению скоро;
сти поверхностной и объемной рекомбинации не
основных носителей заряда. Однако солнечные
модули (СМ) имеют сроки службы 20 лет в тропи;
ческом климате и 25 лет в умеренном климате из;
за старения полимерных материалов – этиленви;
нилацета и тедлара, которые используются для
герметизации СЭ в модуле. Для увеличения срока
службы модулей необходимо исключить из кон;
струкции модуля полимерные материалы. В но;
вой конструкции солнечного модуля, разработан;
ной в ВИЭСХе, СЭ помещены в стеклопакет из
двух листов стекла, соединенных по торцам пай;
кой или сваркой. Технология герметизации тор;
цов гарантирует герметичность модуля в течение
50 лет. Для снижения температуры СЭ и оптичес;
ких потерь внутренняя полость модуля заполнена
кремнийорганической жидкостью (рис. 3, 4) [9].
Новая бесполимерная технология сборки сол;
нечного модуля была использована для создания
эффективной вакуумной прозрачной теплоизо;
ляции (ВПТИ). ВПТИ состоит из двух сваренных
по торцам пластин стекла с вакуумным зазором
50 мкм. [10]. В табл. 1 представлены теплоизоли;
рующие характеристики ВПТИ. При наличии
инфракрасного (ИК) покрытия на внутренней
поверхности стекол сопротивление теплопереда;
чи может быть увеличено в 10 раз по сравнению с
одинарным остеклением зданий. Солнечные
коллекторы с вакуумным остеклением будут на;
гревать воду не до 60о, а до 90 оС, т.е. из установок
для горячего водоснабжения переходят в новый
тип установок для отопления зданий. В теплицах
и зимних садах потери энергии уменьшаются на
50 %. Облицовка южных фасадов зданий плита;
ми с вакуумной прозрачной теплоизоляцией и
селективным покрытием превращает здание в
гигантский солнечный коллектор и эквивалент;
но увеличению толщины стен на 1 метр кирпич;
ной кладки при толщине ВПТИ 12 мм.
Особенно эффективно использование ВПТИ
в южных районах РФ и в республиках Бурятия,
Якутия, где в условиях зимнего антициклона при
температуре воздуха –30 оС температура селек;
тивного покрытия при толщине ВПТИ 10 мм со;
ставляет + 30 оС. Использование ВПТИ в летние
месяцы позволит на 50 % снизить затраты на
кондиционирование зданий.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 23
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 2. Производство электроэнергии глобальной солнечной энергосистемой.
Снижение стоимости солнечной
электростанции
Стоимость установленного киловатта мощно;
сти составляет, долл. США/кВт:
ГЭС 1000…2500, ТЭС 800…1400, ВЭС
800…3000, АЭС 2000…3000 [7].
Основным компонентом современных СЭС,
определяющим их стоимость, является солнеч;
ный модуль, изготавливаемый из СЭ на основе
кремния. Стоимость СМ составляет сейчас
3500…4000 долл. США/кВт, при объеме произ;
водства 1 ГВт/год стоимость СЭС 6000…8000
долл. США/кВт. Стоимость СЭС 1000 долл.
США/кВт прогнозируется достигнуть в 2020 г. [2].
Основные пути снижения стоимости СЭС: по;
вышение КПД СЭС, увеличение размеров СМ и
объема производства, снижение стоимости солнеч;
ного кремния, снижение расхода солнечного крем;
ния на единицу мощности СЭС, комбинированное
производство электроэнергии и теплоты на СЭС.
Максимальный размер солнечного модуля ог;
раничен размерами стекла и составляет сейчас
2,5 × 3 м при электрической мощности 1 кВт.
Объем производства СМ растет на 30 % в год, а
их стоимость снизилась с 1976 года в 10 раз.
В России разработана бесхлорная технология
производства солнечного поликремния со стои;
24 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 3. Солнечный фотоэлектрический модуль, из�
готовленный в ВИЭСХе по технологии бесполи�
мерной герметизации. Размеры 450 ×× 970 мм,
электрическая мощность 50 Вт, напряжение 12 В.
Рис. 4. Солнечный двусторонний
фотоэлектрический приемник для стационарного
концентратора. Размеры 2 ×× 0,12 м. Ожидаемый
срок службы 40 лет. Разработано в ВИЭСХ.
Та б л . 1 . Сопротивление теплопередачи прозрачных ограждений зданий теплиц и солнечных установок
мостью 15 долл. США/кВт, что в два раза ниже,
чем стоимость поликремния на европейском
рынке (табл. 2) [11]. Сроки создания производст;
ва солнечного поликремния объемом 1000…5000
т в год по новой технологии 2008…2010 гг.
В новой технологии в качестве исходных мате;
риалов используются вместо соляной кислоты
этиловый спирт и металлургический кремний, а
в качестве промежуточных компонентов процес;
са – триэтоксисилан и моносилан. Снижение
стоимости происходит благодаря снижению тем;
пературы процесса и затрат энергии. При этом
значительно улучшаются экологические характе;
ристики производства и повышается качество
кремния в такой степени, что его можно исполь;
зовать в электронной промышленности.
В структуре цены солнечного элемента стои;
мость кремния и других материалов составляет
76 % (табл. 3).
Методы снижения расхода кремния включают
увеличение объема и размеров выращиваемых
кристаллических слитков кремния и снижение
толщины солнечных элементов. В 2010 г. масса
слитка кремния, получаемого методом направ;
ленной кристаллизации, достигнет 1000 кг, а объ;
ем 0,4 м3. Толщина СЭ снизится с 400 мкм в 2000 г. до
200 мкм в 2006 г., до 100 мкм в 2010 и до 2…20 мкм в
2015 г.
Наиболее быстрый путь снижения стоимости
и достижения гегаваттного уровня производства
СЭС заключается в использовании концентрато;
ров солнечного излучения. Стоимость 1 м2 пло;
щади стеклянного зеркального концентратора в
10 раз меньше стоимости 1 м2 площади СМ. В
ВИЭСХе разработаны стационарные концентра;
торы с коэффициентом концентрации 3,5…10 с
угловой апертурой 480, позволяющие в пределах
апертурного угла концентрировать прямую и
рассеянную компоненту солнечной радиации
(рис. 5–7) [12]. Использование солнечного поли;
кремния низкой стоимости и стационарных кон;
центраторов позволяет сократить сроки достиже;
ния стоимости 1000 долл. США/кВт с 2020 до
2015 г.г.
Комбинированные солнечные электростан;
ции могут обеспечить производственные и жи;
лые объекты электрической энергией, горячей
водой и теплотой. Коэффициент использования
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 25
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Табл. 3 . Структура цены солнечного элемента, %
Та б л . 2 . Бесхлорная технология производст;
ва поликристаллического кремния
Исходные компоненты: этанол и металлурги;
ческий кремний
Si + 3 C2H5OH SiH (OC2H5)3
4SiH (OC2H5)3 SiH4 + 3 Si(OC2H5)4
SiH4 Si + 2H2
В результате реализации технологии:
· Стоимость поликристаллического крем;
ния снижается в 2 раза: до 15 долл. США/кг.
· Чистота и качество кремния увеличивает;
ся в 10 раз: до 99,999 %.
· Производство становится экологически
безопасным.
Рис. 5. Оптическая схема симметричного
стационарного солнечного концентратора
с концентрацией 3.
энергии Солнца составляет 50…60 % при элект;
рическом КПД 10…15%. Использование стацио;
нарных концентраторов позволяет увеличить тем;
пературу теплоносителя до 90о и снизить стоимость
СЭС до 1000 долл. США/кВт. На основе концент;
раторных модулей в ВИЭСХе ведутся проработки
соединенных с энергосистемой солнечных микро;
ТЭЦ для многоквартирных и односемейных домов
и промышленных зданий, а также центральные
стационарные солнечные электростанции для го;
родов, поселков, сельскохозяйственных и промы;
шленных предприятий. Микро;ТЭЦ для автоном;
ного энергоснабжения имеет резервный дизельный
электрогенератор с утилизацией теплоты от систе;
мы охлаждения и выхлопных газов.
Повышение эффективности СЭС приводит к
снижению затрат энергии и материалов на про;
изводство единицы мощности СЭС, размеров и
стоимости земельного участка под строительст;
во СЭС. На рис. 7 представлена зависимость сто;
имости изготовления киловатта установленной
мощности солнечных модулей со стационарны;
ми концентраторами от КПД. При КПД 20 %
стоимость производства становится значительно
меньше 1000 долл. США/кВт.
Увеличение объема производства
полупроводникового материала для СЭС
При современном объеме производства СЭС
1ГВт/год солнечные модули из кремния состав;
ляют более 85 % объема производства. По нашим
прогнозам, солнечный кремний и в дальнейшем
будет доминировать в фотоэлектрической про;
мышленности, исходя из принципа: структура
потребления ресурсов в долговременной пер;
спективе стремится к структуре их имеющихся
запасов на Земле [13]. Земная кора состоит на
26 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 6. Солнечный фасад с вертикальным асимметричным солнечным модулем с углом раскрытия 36о
(1 – стеклянное покрытие; 2 – отражатель; 3 – апертурный угол; 4 – двухсторонний приемник;
5 – южный фасад здания), а также фотография экспериментального модуля.
29,5 % из кремния, который занимает второе ме;
сто по запасам после кислорода.
При объеме производства 100 ГВт в год и рас;
ходе солнечного кремния 10 000 т/ГВт мировое
потребление кремния составит 1 млн. тонн в год.
Кроме рассмотренной ранее бесхлорной химиче;
ской технологии получения кремния разрабаты;
ваются электрофизические методы восстановле;
ния солнечного кремния из особо чистых
кварцитов с помощью плазмотронов. Развивают;
ся новые технологии получения кремния в виде
тонких листов, лент, пленок с лазерным раскро;
ем и автоматизацией процесса изготовления СЭ.
Обеспечение экологических
характеристик производства СЭС
Человечеству не грозит энергетический кризис,
связанный с истощением запасов нефти, газа, уг;
ля, если оно освоит технологии использования во;
зобновляемой энергии. В этом случае будут также
решены проблемы загрязнения среды обитания
выбросами электростанций и транспорта, обеспе;
чения качественными продуктами питания, полу;
чения образования, медицинской помощи, увели;
чения продолжительности и качества жизни. СЭС
создают новые рабочие места, улучшают качество
жизни и повышают энергетическую безопасность
и независимость владельцев СЭС за счет бестоп;
ливного и распределенного производства энергии.
Разрабатываются технологические процессы
производства компонентов СЭС, в которых эколо;
гически неприемлемые химические процессы трав;
ления и переработки заменяются на вакуумные,
плазмохимические, электронно;лучевые и лазерные
процессы. Серьезное внимание уделяется утилиза;
ции отходов производства, а также переработке ком;
понентов СЭС после окончания срока службы [14].
При использовании СЭС органически сочета;
ются природные ландшафты и среда обитания с
энергетическими установками. СЭС образуют
пространственно;архитектурные композиции,
которые являются солнечными фасадами или
солнечными крышами зданий, ферм, торговых
центров, складов, крытых автостоянок.
В ВИЭСХе совместно с предприятиями Мин;
промэнерго РФ разрабатываются и другие круп;
номасштабные технологии возобновляемой энер;
гетики: получение жидкого и газообразного
топлива из биомассы методом быстрого пиролиза
с выходом топлива более 50 % от массы сырья
(рис. 8), экологически чистые роторные ветровые
электростанции без лопастей (рис. 9), комбиниро;
ванные солнечно;ветро;дизельные электростан;
ции, транспортные средства, работающие на сол;
нечной энергии (рис. 10) и на водороде.
На рис. 11 показано изменение доли возоб;
новляемой энергетики в мировом энергопотреб;
лении. До 17 века солнечная энергия и энергия
сжигания древесины, в которой солнечная энер;
гия аккумулируется благодаря фотосинтезу, были
единственными источниками энергии для чело;
века. И сейчас 20 %мирового производства энер;
гии основывается на сжигании древесины, энер;
гии рек и ветровой энергии, основой которых
является солнечная энергия. Новые принципы
преобразования возобновляемой энергии, новые
технологии солнечного кремния, производства
солнечных элементов, герметизации солнечных
модулей, использование стационарных солнеч;
ных концентраторов и новых методов передачи
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 27
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис.7. Стоимость стационарного
параболоцилиндрического концентрирующего
модуля мощностью 1 кВт, с апертурным углом
36o для северных широт.
электрической энергии для глобальной солнеч;
ной энергосистемы обеспечат к концу столетия
60…90 % доли возобновляемой энергии в миро;
вом производстве энергии (рис. 11).
28 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 8. Общий вид установки для получения жидкого и газообразного топлива и дизель�генератор
(справа) электрической мощностью 20 кВт.
Рис. 9. Вихревая электростанция электрической
мощностью 12 кВт.
Рис. 10. Солнечные батареи
для электромобиля.
Выводы
1. Существенными факторами, определяю;
щими направления и перспективы развития во;
зобновляемой энергетики являются:
1.1. КПД СЭС не менее 20 %;
1.2. Увеличение срока службы СЭС до 50 лет;
1.3. Снижение стоимости пиковой мощности
СЭС до величины, не превышающей 1000 долл.
США/кВт;
1.4. В случае использования солнечного поли;
кристаллического кремния в качестве исходного
полупроводникового материала СЭС его стои;
мость не должна превышать 15 долл. США/кг,
при объеме производства не менее 1 млн. тонн в
год на 100 ГВт СЭС;
1.5. Материалы и технологии СЭС должны
быть экологически чистыми и безопасными;
1.6. Обеспечение возможности круглосуточ;
ного и круглогодичного преобразования и ис;
пользования солнечной энергии.
2. Новые технологии позволяют достигнуть
показателей развития возобновляемой энергетики,
указанных в п. 1.1 – 1.5 в 2015 г., по п. 1.6 в 2100 г.
3. Реализация факторов развития и новых
технологий приведет к увеличению роли возоб;
новляемой энергии в конце 21 века до 60…90 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика
в третьем тысячелетии. Энергетическая полити;
ка, 2001, № 2, с.23 – 27.
2. Stefan Novak. Photovoltaic in the world.
Status and Future Trends. Chairman IEA PVPS.
Seminar in PV Research & Technological
Development in European Union New Member and
Candidate States. Warsaw, Poland 15 Nov. 2004.
3. Bezrukikh P.P., Strebkov D.S. et al. 2001 G8
Renewable Energy Task Force Chairmen 's Report
61pp. Chaimen Report Annexes 75 pp. Printed by the
Italian Ministry of Environment, 2001.
4. Стребков Д.С. Возобновляемая энергети;
ка: для развивающихся стран или для России.
Энергия: экономика, техника, экология, Изд.
РАН, 2002 г., № 9, с. 11–14.
5. Кашфразиев Ю.А. Ветроэнергетические ус;
тановки в России – роскошь или источник энер;
гии? Энергия: экономика, техника, экология.
Изд. РАН., 2004 г., № 10, с. 34 – 39.
6. Strebkov D.S., Irodionov A.E. Global solar
power system. Eurosun – 2004, Freiburg, Germany.
14 Intern. Sonnenforum 2004, Vol. 2 p. 336 – 343.
7. N. Tecla. Electrical Transformer. US Pat.
№ 593138, 02.11.1897.
8. Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные
методы передачи электрической энергии. Изд.
РАСХН, М., 2004 г., 185 с.
9. Стребков Д.С., Безруких П.П. Новые эко;
логически чистые энергетические технологии.
Всероссийский энергетический форум "ТЭК
России в 21 веке. Актуальные вопросы" Страте;
гические ориентиры. 18 – 19 декабря 2002
г. Сборник докладов М., 2002 г., с. 95 – 98.
10. Стребков Д.С., Заддэ В.В., Шеповалова О.В.
Вакуумные стеклопакеты для окон и солнечных
коллекторов. Возобновляемая энергетика, март
2004 г., с. 12.
11. Strebkov D.S., Zadde V.V., Pinov A.B.,
Touyryan K., Murphy L. Crystalline Silicon
Technology in CIS countries. 11;th Workshop on
Crystalline Silicon Solar Cell Materials and Process.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 29
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 11. Доля возобновляемой энергии в мировом производстве энергии.
Colorado, August 19–22, 2001, Extended abstracts
and papers, NREL, 2001, p. 199–207.
12. Strebkov D.S., Litvinov P.P., Tverianovich E.V.
Research of functioning of a class of V;shaped station;
ary concentrators. Eurosun – 2004. Freiburg, Germany
14 Intern. Sonnenforum, Vol. 2 p. 3;072;3;078.
13. Strebkov D.S., Koshkin N.L. On development
of Photovoltaic Power Engineering in Russia. Thermal
Engineering, 1996, vol. 43, № 5, p. 381–384.
14. Tsuo Y.S. Touyryan K., Gee J.M., Strebkov D.S,
Pinov A.B., Zadde V.V. Environmentally Benign
Silicon Solar Cell Manufacturing. 2;nd World
Conference and Exhibition on Photovoltaic
Solar Energy Conversion. 6 – 10 July 1998,
Hofburg Kongresszentrum, Vienna, Austria,
p.1199–1204.
Получено 10.03.2006 г.
30 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Приводяться схемні рішення при ви�
користанні теплової енергії ґрунту в сис�
темах теплопостачання. Указується
доцільність комплексного використання
петротермальної і сонячної енергій в
сполученні з теплонасосною установ�
кою.
Приводятся схемные решения при
использовании тепловой энергии грун�
та в системах теплоснабжения. Указы�
вается целесообразность комплексного
использования петротермальной и сол�
нечной энергий в сочетании с теплона�
сосной установкой.
The circuit designs under using of ther�
mal energy of soil in heat supply systems
have been given. Advisability of multiple
use of petrothermal and solar energy in
combination with heat pump system has
been shown.
УДК 697.7.001.2 (083.74)
АМЕРХАНОВ Р.А.
Кубанский государственный аграрный университет
ПЕТРОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ
В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
h – глубина заложения регистра труб;
Lтр – требуемая длина труб;
Qо – необходимая мощность теплоснабжения;
qут – удельный теплосъем с единицы участка теп;
лосбора;
S – шаг между трубами.
В коре Земли заключено большое количество
тепловой энергии.
Средний градиент температуры в ее поверхно;
стных слоях равен примерно 30 оС/км. Твёрдые
породы, образующие кору, имеют среднюю
плотность 2700 кг/м3, теплоёмкость 1 кДж/(кг·K)
и теплопроводность 2 Вт/(м·К), поэтому сред;
ний геотермальный поток составляет примерно
0,06 Вт/м2.
В твёрдых породах теплопроводность является
единственным механизмом теплопередачи. По;
этому при распространении теплоты через одно;
родные материалы от мантии к поверхности зем;
ли градиент температуры будет постоянным.
Геотермальные районы подразделяют на три
класса.
Гипертермальный район – для которого тем;
пературный градиент более 80 оС/км. Эти районы
расположены в тектонической зоне вблизи гра;
ниц континентальных плит.
Полутермальный район – это район, для кото;
рого температурный градиент от 40 до 80 оС/км.
Нормальный район – когда температурный
градиент меньше 40 оС/км. Такие районы наибо;
лее распространены. В этих районах температур;
ный градиент составляет примерно 0,06 Вт/м2.
Грунт представляет собой тепловой аккумуля;
тор неограниченной ёмкости. Солнечная энергия,
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61386 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:15:09Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стребков, Д.С. 2014-05-04T20:03:35Z 2014-05-04T20:03:35Z 2006 Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего / Д.С. Стребков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 20-30. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61386 662.925 Рассмотрены важнейшие факторы, материалы и технологии, определяющие роль возобновляемой энергии в будущем производстве энергии. Розглянуто найважливіші фактори, матеріали та технології, що визначають роль відновлюваної енергії у майбутньому виробництві енергії. Essential factors, new materials and technologies determing the direction of development and the role of solar energy in future energy generation are considered. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Нетрадиционная энергетика Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего The role of renewable energy in the power energy of the future Article published earlier |
| spellingShingle | Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего Стребков, Д.С. Нетрадиционная энергетика |
| title | Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего |
| title_alt | The role of renewable energy in the power energy of the future |
| title_full | Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего |
| title_fullStr | Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего |
| title_full_unstemmed | Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего |
| title_short | Роль возобновляемой энергии в энергетике будущего |
| title_sort | роль возобновляемой энергии в энергетике будущего |
| topic | Нетрадиционная энергетика |
| topic_facet | Нетрадиционная энергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61386 |
| work_keys_str_mv | AT strebkovds rolʹvozobnovlâemoiénergiivénergetikebuduŝego AT strebkovds theroleofrenewableenergyinthepowerenergyofthefuture |