ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, СОЕДИНЁННАЯ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ СЕТЬЮ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, СОЕДИНЁННАЯ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ СЕТЬЮ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Введение

Для того, чтобы альтернативные источники энергии действительно стали доступны человечеству в нужных масштабах, потребуются огромные интеллектуальные усилия и материальные затраты. Сегодня во всем мире эксперты признают экономическую целесообразность внедрения солнечной энергетики. В то же время существует ряд барьеров для развития, внедрения и широкомасштабного использования солнечных электростанции в Казахстане. Это недостаточная государственная поддержка, отсутствие полноценной программы развития и стимулов для инвестирования в отрасль, неразвитость инфраструктуры, недостаток квалифицированных кадров.

Также одним из самых главных тормозов развития альтернативной энергетики является необоснованное мнение об экономической неэффективности использования энергии солнца в Казахстане, где есть огромные запасы органических энергоресурсов.

Сегодня показатель удельного энергопотребления зданий в Казахстане составляет 270 киловатт - часов на 1 квадратный метр, тогда как в Швеции этот же показатель в три раза ниже. Поэтому для решения поставленной Главой государства в Стратегии «Казахстан-2050» задачи необходимо снизить энергоемкость ВВП страны к 2020 году на четверть, а к 2050 году - в 2 раза. В соответствии с устоявшейся в мире практикой энергосберегающие системы внедряются на основании энергосервисных договоров. Данные договора предполагают выполнение энергосервисной компанией полного комплекса работ по внедрению энергосберегающих технологий на предприятии заказчика за счет привлеченных ею кредитных средств. Привлекательность таких договоров для заказчиков очевидна: нет экономического эффекта - нет оплаты за услуги энергосервисной компании. Заказчик рассчитывается только за счет средств, сэкономленных в результате внедрения энерго­сберегающих технологий, и при этом не вкладывает собственные средства на реализацию проекта. Успех термомодернизации в Восточной Европе был обеспечен по этой схеме и позволил в ЖКХ сократить энергопотребление на 20-30%.

Актуальность исследовательской работы по использованию солнечных батарей в республике Казахстан состоит в том, что исчерпаемые ресурсы в будущем могут закончиться, а солнечная энергия вечна, по крайней мере, на ближайшие 5 млрд. лет, она бесплатна. Не стоит также забывать, что Казахстан взял на себя обязательство сократить выбросы парниковых газов на 15% по отношению к 1992 году. И здесь роль альтернативных и возобновляемых источников энергии в сокращении эмиссии парниковых газов будет иметь существенное значение.

Научная гипотеза проекта заключается в снижении себестоимости электричества, за счет совместного использования электрических сетей и солнечных станций, используемых для электрического отопления частных домов. В целом энергия будущего - это интегрированная энергия со всех рентабельных мощностей, включенных в умные энергосистемы на всех стадиях: генерации, передачи, потребления и аккумуляции. В соответствии с изменениями в законодательстве появились нормы, которые радикально стимулируют тех, кто вырабатывает и потребляет электроэнергию от альтернативных источников. В целях поддержки казахстанских производителей фотоэлектрических модулей постановлением Правительства РК от 12 июня 2014 года утвержден фиксированный тариф для таких проектов в размере до 70 тенге за киловатт - час со сроком действия тарифа 15 лет. Реализуется законодательная норма по возмещению государством 50% затрат индивидуального пользователя, не имеющего подключения к сетям, на цели приобретения установок возобновляемые источники энергии до 5 кВт у казахстанских производителей.

Целью этого исследования: показать принцип работы солнечных батарей, их преимущества и эффективность практического применения в Казахстане.

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция в частном секторе РК - это проведение в жилой дом централизованной подачи воды, устройство септиков. Самой главной проблемой для многих домовладельцев остается традиционная система отопления.

Можно привести один простой пример: для печного отопления частного дома площадью 69 м², ежегодно требуется 5 тонн угля, 6 кубов дров. Если провести калькуляцию расходов, то выходит сумма 85000 тенге (1 тонна Шебаркульского угля стоит 11000 тенге, 1 куб дров 5000 тенге - 2014 г.). На отопительный сезон (с октября по май месяц) ежемесячно затрачивается 10625 тенге. Кроме того, существует ряд необходимых условий: 1) доставка угля и дров (расколоть и уложить); 2) печное отопление требует осторожного обращения и наблюдения за ним; 3) каждый день заносить несколько ведер угля, дров и выносить золу; 4) топку не менее двух раз в день.

По наблюдениям, если вечером пройтись по какому либо поселку, то чувствуется затруднение дыхания из за смока, так как в безветренную погоду дым стелется ближе к земле.

Использование дров в качестве отопления нежелателен в РК, так как занимая площадь свыше 2,7 млн. км², мы имеем всего 4% деревьев и кустарников. К тому же большая часть территории подвержена опустыниванию. В качестве сырья для подтопки активно используется также бумага, пластиковые бутылки, целлофан и резина, что негативно отражается на окружающей среде. Если учесть что сельское население Казахстана составляет 40% и в каждом городе имеются большое количество частных домов, особняков и коттеджей, то эта проблема наиболее актуально для современного Казахстана.

Таким образом, если удастся довести стоимость использованной электроэнергии на отопление до 85000 тенге в год, для выше сказанного дома, то уже можно считать проект успешным.

Практическая значимость работы состоит в том, что использование солнечной энергии посредством солнечных батарей в нашей стране вполне осуществимо, так как казахстанский климат вполне этому благоприятствует. Даже при небольшом бюджете и малом количестве квалифицированных кадров установка, использование солнечных батарей будет возможна.

По данным казахстанского статагентства по электробалансу РК, в 2009 году потребление и выработка электроэнергии в стране составили около 78 млрд кВт.ч. Опираясь на те же данные за 2009 год: 91,2% (71,8 млрд. кВт.ч) выработали тепловые электростанции (львиная доля - за счет дешевого высокозольного угля, использование газа незначительно) и всего 9,3% (6,9 млрд. кВт.ч) - все гидроэлектростанции. Именно они - за исключением крупных (то есть малые ГЭС) - составляют долю возобновляемых источников электроэнергии в Казахстане. В 2009 году ветровая и солнечная энергетика имели нулевые доли в общей выработке, сейчас предпринимаются первые шаги в использовании их и геотермальной энергии, но доля их пока ничтожно мала.

Что касается возможности наращивания уже имеющихся мощностей, то расширение ТЭС и ТЭЦ имеет многочисленные минусы. Их перечислил Мухтар Хайдаров, начальник управления альтернативных источников энергии КазНИИ экологии и климата:«80% энергетики - за счет угля, при этом получаем загрязнение, огромное количество СО₂ и метана, а также техногенную сейсмичность и горы шлака. Используя уголь, мы наносим себе вред и это - действительно варварский способ отопления». Увеличение мощностей ГЭС также имеет свои проблемные стороны: Казахстан покрыт реками неравномерно, для ГЭС на каждой из них требуется изготовление отдельной гидравлической турбины (продукт не серийный). Также существует другой важный момент, отмеченный гендиректором инжиниринговой фирмы «Oriental Co.Ltd» Александром Даниленко, который сказал: «Обратите внимание на соседство с Китаем - уже идет перекраивание рек, а наш главный гидроэнергокомплекс стоит на Иртыше».

Как сообщил президент Ассоциации предприятий индустрии и новых технологий Мейрамбек Байгелди, в Казахстане в ближайшую пятилетку будет строиться 125 заводов и фабрик на 49 млрд долларов (инвестиций привлекается на 300 млрд долларов). Понятно, что такой скачок потребует адекватного роста выработки электроэнергии. В соответствии с Концепцией развития топливно-энергетического комплекса Казахстана до 2030 года доля энергии угольных электростанций к тому времени составит 55%. Спустя еще 20 лет суммарная энергия от возобновляемых источников энергии и альтернативных, в том числе атомной, должна достигнуть 50%.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОБЪЕДЕНЕННОЙ СИСТЕМЫ:

А) Электрическая печь использует электричество от центральных сетей электроснабжения, добавочно к этому подается электричество от солнечных модулей.

Б) В летнее и весеннее время избыточная электроэнергия от солнечной электростанции используется по дому, что позволит существенно сэкономит расходы по электроэнергии.

В) Электрические сети подведены к каждому населенному пункту, тогда как стоимость угля и дров зависит от мест добычи и транспортных расходов, а также цепочки посредников от продавца до покупателя.

Г) Проект ориентирован на улучшение быта и условий проживания людей.

Д) Промышленное массовое производство составляющих системы, что ведет к снижению себестоимости этих частей.

Эффективность использования электроэнергии из-за концентрации производителей в одном месте и нахождении потребителей в другом, а также от большой разницы в пиковых потреблениях, во многом зависит от эффективности системы передачи электрической энергии, которая в Казахстане развита совершенно недостаточно и неравномерно. Большая часть ЛЭП построена еще в советское время и имеет износ порядка 75%.

Общая протяжённость электрических сетей общего пользования в Республике Казахстан составляет:

сети с напряжением 1150 кВ - 1,4 тыс. км (в настоящее время эксплуатируются на напряжении 500 кВ)

сети с напряжением 500 кВ - более 5,5 тыс. км

сети с напряжением 220 кВ - более 20,2 тыс. км

сети с напряжением 110 кВ - около 44,5 тыс. км

сети с напряжением 35 кВ - более 62 тыс. км

сети с напряжением 6-10 кВ - около 204 тыс.

При передаче и распределении электроэнергии имеются большие потери - 21,5 %, а для сельских линий типичным уровнем является 25 - 50% потерь.

Отсюда следует, что затраты на использование электрических сетей с каждым годом будут расти, следовательно и стоимость электрической энергии соответственно. В противоположность этому, стоимость солнечных фотомодулей с каждым годом падает, а также растет их КПД. Производимое солнечными фотомодулями электричество субсидируется государством, например, субсидии в сельском хозяйстве.

Трудно переоценить значение солнечной энергетики, ведь такие станции решают сразу множество проблем. Во-первых, благодаря солнечным электростанциям потребители обеспечиваются стабильным энергоснабжением. Во-вторых, во время работы станции не влияют на местную экологию и абсолютно экологически безопасны, они не шумят и не производят в процессе своей эксплуатации никаких отходов, которые позднее пришлось бы утилизировать. К тому же солнечные станции не нуждаются в постоянной закупке дорогостоящих импортных энергоносителей. Срок эксплуатации солнечных панелей - 25-30 лет, после этого все их компоненты могут быть подвержены стопроцентной вторичной переработке без вреда для окружающей среды.