CC BY
17ВЫВОДЫ.
Разработанный аппарат для мокрой очистки воздуха от пыли позволяет:
1. Обеспечить эффективное осаждение не только крупной и средней фракций пыли из загрязненного воздуха, но и мелкую фракцию пыли, за счет надежного связывания пылевидных частиц конденсационными капельками воды, с последующей из утилизацией в шламосборник.
2. Конденсационные капельки воды образуются в воздушной смеси за счет смешения теплого загрязненного воздушного потока и охлажденного воздушного потока внутри аппарата.
3. Объемы смешиваемых объемов воздуха для получения процесса конденсации влаги определяют по 1-ё - диаграмме.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки. Учебное пособие. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. 25- 27с.
УДК 338.984, 620.92, 620.4 Химич А. П.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФЕКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОНЦЕНТРАТОРОВ
В работе проведен анализ зависимости капиталовложений в солнечные электростанции на базе солнечных элементов и линз Френеля от установленной степени концентрации. Для оптимальных конфигураций проектов построены экономические модели и определены сроки окупаемости, а также возможная прибыль с учетом рыночных условий Украины.
солнечная электростанция, концентратор, линза Френеля, финансовая модель, рынок энергетики, зеленый тариф.
Введение. В настоящее время обеспечение экологической безопасности приводит к широкому использованию альтернативных возобновляемых источников энергии. Одним из перспективных направлений является применение концентраторов солнечной энергии для повышения выходной мощности солнечных фотоэлектрических батарей. Традиционные кремниевые солнечные элементы значительно снижают свою эффективность уже при интенсивности 3000 Вт/м2, поэтому для получения электроэнергии в станциях с высокими степенями концентрации используются многопереходные гетероструктурные полупроводниковые преобразователи, например, ОаЛвОе.[1] Такие материалы существенно дороже кремниевых кристаллов, но при этом достигают КПД до 39%, что делает целесообразным их применение при интенсивностях до 106 Вт/м2.
Анализ публикаций. В результате аналитического обзора литературы была собрана информация о ценах на линзы Френеля, фотоэлементы и сопутствующее оборудование [2,3,4,5,6,7], проанализрованы существующие отчеты [8], макроэкономические показатели Украины и мира [9,10,11], а также закон Украины [12], рассмативающий вопросы «зеленого тарифа». В результате были получены необходимые данные для расчета и экономического прогнозирования работы солнечных электростанций.
Постановка задачи. Была поставлена задача, заключающаяся в выявлении зависимости между степенью концентрации и необходимыми капиталовложениями, а также построения экономических моделей и определения рентабельности предприятия для нескольких сочетаний концентраторов и фотопреобразователей.
Исследование. Для оценки зависимости между установленной степенью концентрации и необходимыми капиталовложениями была получена приближенная формула:
Р (Ж >
5 = ■
к„
(1)
где
5 - капиталовложения, $;
Рп - установленная мощность гелиополя, Вт;
10 - расчетная интенсивность солнечного излучения, Вт/м2;
кс - степень концентрации;
Пру = /(кс) - КПД солнечного элемента;
щс - эффективность концентрации;
Жру - стоимость единицы площади солнечных элементов, $/м2;
Жс - стоимость единицы площади линз Френеля, $/м2;
При этом допускается, что стоимость вспомогательного оборудования для рассматриваемых вариантов электростанций примерно одинакова, затраты энергии на слежение за солнцем и охлаждение компенсируются соответствующим выигрышем в эффективности.
Для солнечной электростанции базовой номинальной мощностью 1 МВт были рассмотрены 4 комбинации типов солнечных элементов (Б1, оялб) и концентраторов (линейные и радиальные линзы Френеля). В результате было получено 4 зависимости капиталовложений Б от степени концентрации, которые представлены на рис. 1.
Из графиков видно, что наиболее выгодно создание электростанций двух типов:
1 - плоские солнечные батареи основе кремния без концентрации;
2 - многопереходные фотоэлементы на основе оялб и радиальных линз Френеля с концентрацией 500 солнц и выше.
Б
$100000 000,00 $90000000,00 $80000000,00 $70000000,00 $60000000,00 $50000000,00 $40000000,00 $30000000,00 $20000000,00 $10000000,00 $0,00
10
100
1000
кс
Рис. 1. Зависимость капиталовложений 8 от степени концентрации кс для нескольких комбинаций фотопреобразователей и концентраторов
Для создания экономической модели были выбраны два варианта электростанций: без концентрации на основе кремниевых фотоэлементов и при отсутствии слежения за солнцем, а также станция с радиальными концентраторами Френеля на основе многопереходных гетероструктурных фотоэлементов ОаЛвОе с применением слежения за солнцем. В каждой станции происходит непосредственное преобразования солнечной энергии в электрическую, полностью отсутствуют вредные выбросы, что дает возможность продавать электроэнергию с самой высокой ставкой «зеленого тарифа» 4,8 [12], то есть по $0,369 за 1 кВтч.
Для определения расчетной интенсивности солнечной радиации был проведен почасовой расчет поступающего излучения для каждого месяца на следящую и неследящую поверхность в климатических условиях Крыма. Затем была рассчитана средняя интенсивность солнечной радиации за год. Для следящей поверхности она составила 11 = 0,705 кВт/м2, для неследящей -12 = 0,627 кВт/м2. По этим данным был проведен расчет необходимого количества фотоэлементов и линз Френеля. По данным производителя [2] площадь 1 элемента ОаЛвОе равна 1 см2, при этом наибольшую эффективность он имеет при интенсивности 500 кВт/м2. Исходя из этих параметров, можно определить необходимую степень концентрации:
500 500
кс =-=-= 815 (2)
с ¡1 пр 0,705 • 0.85
и необходимую площадь каждой линзы Френеля:
Л1Р1 = Л1РУ • кс = 1-815 = 815 см2 (3)
Опираясь на полученные данные, был произведен расчет размеров гелиополя и оценена площадь застройки.
Исходные данные для построения финансовой модели и разработки бизнес-плана приведены в табл. 1
Таблица 1
Год 2011 2012 2013 *
Допущения по доходам
Тариф на электроэнергию, $/кВтч [10] 0,369 0,369 0,369
Темп роста** тарифа на электроэнергию, $ 0%
Допущения по операционным затратам
Введенная мощность, % от номинальной 0% 100% 100%
Число сотрудников 10 10 10
Темп роста средней зар. Платы 5%
Средняя зар. плата за год, $ 4000 $4 200 $4 410
Налог на землю, $ с 1 м2 [4] 0,0094 0,0098 0,0103
Темп роста налога на землю 5%
Проектная площадь застройки, м2 [1] 386400
Текущая площадь застройки, км2 0 1,17 1,17
Примечания: (*): данные были экстраполированы на 20 лет работы
(**): предполагаемые темпы роста тарифов, заработной платы и налогов были приняты исходя из динамики экономических показателей за последние 5 лет, а также принятых темпов роста в аналогичных проектах
Были построены графики движения дисконтированных денежных потоков, которые учитывают полученную прибыль от продаж электроэнергии, налоги на землю, выплаты с фонда оплаты труда, а также предполагаемый рост этих показателей с течением времени. Ставка дисконтирования была рассчитана в соответствии с методологией Deloitte and Touche RCS на основании других энергетических проектов[8], а также экономической ситуации в Украине, и составила 21% для рассматриваемых моделей электростанций.
График движения дисконтированного денежного потока для станции мощностью 100 МВт с кремниевыми солнечными преобразователями без слежения за солнцем представлен на рис. 2.
$200 ООО 000,00 $100 000 000,00 $0,00 $100 000 000,00 $200 000 000,00 $300 000 000,00 $400 000 000,00 $500 000 000,00
1 2 3 4 5 6 Щ 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2
г
Рис. 2. График изменения чистой приведенной стоимости солнечной электростанции
на основе кремниевых фотопреобразователей
Из графика видно, что окупаемость произойдет примерно через 10 лет работы электростанции, но ввиду больших капитальных затрат и высокой ставки дисконтирования, рассчетная прибыль в конце 20 года работы оказывается невысокой.
На рис. 3 показан аналогичный график для солнечной электростанции с линзами Френеля и фотоэлементами на основе ОаЛвОе. Такой проект окупится уже через 3 года работы, а предполагаемая прибыль в полтора раза превысит затраты.
Таким образом, использование высоких степеней концентрации от 500 до 1000 солнц и многопереходных фотоэлементов значительно выгоднее применения кремниевых панелей. При этом затраты на слежение за солнцем составляют около 1% от полученной электроэнергии [13], а тепло, отводимое от фотоэлементов в процессе охлаждения, можно использовать для централизованного теплоснабжения.
$400 000 000,00 $300 000 000,00 $200 000 000,00 $100 000 000,00 $0,00 $100 000 000,00 $200 000 000,00 $300 000 000,00
2 : Г 1 ! 1 ( 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2
Рис. 3. График изменения чистой приведенной стоимости солнечной электростанции
на основе ОаАзОе и линз Френеля
ВЫВОДЫ
. Были рассмотрены и проанализированы несколько вариантов комбинаций полупроводниковых преобразователей и коцентраторов на основе линз Френеля, а также построены экономические модели станции с кремниевыми фотоэлементами и ЛвОаОе-фотоелементами. Последняя станция имеет меньший срок окупаемости (3 года) и большую чистую приведенную стоимость в конце 20 года работы ($325 млн), что делает ее более перспективной по сравнению с первой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Antonio Luque and Viacheslav Andreev. Concentrator Photovoltaics. - Madrid: Springer, 2007. - 345 p.;
2. CDO-100-IC Concentrator Photovoltaic Cell with Welded Leads (ICs). Promo sheet.-Spectrolab inc., Sylmar, CA;
3. BHLens, производитель линз Френеля [http://www.bhlens.com/fresnel_lens.aspx]
4. Fresnel Lenses Catalogue.- Fresnel Technologies inc., Fort Worth, Texas;
5. Цены на строительные материалы [http://www.stroyotdel.ru/];
6. Расценки на строительные работы [http://std.silap.com.ua/component/ option, com_frontpage/Itemid,1/];
7. Металлопрокат Украина (http://www.metal.ukrbud.kiev.ua/);
8. Отчет об оценке Рефтинской ГРЭС [http://www.rao-ees.ru/ru/reforming/ogk/ reftinsk_gres.rar];
9. Национальный банк Украины. Финансовые рынки. [http://www.bank.gov.ua/Fin_ryn /index.htm];
10. Статистические данные по макроэкономическим показателям Украины [http://macrostat.nm.ru/];
11. U. S. Treasury. Daily Treasury Yield Curve [(http://www.ustreas.gov/offices/domestic-finance/debt-management/interest-rate/yield.shtml];
12. Закон Украши «Про внесення змш до Закону Украши "Про електроенергетику" щодо стимулювання використання альтернативних джерел енергл»;
13. Amonix CPV Technology [http://amonix.com/content/dual-axis-tracking-0]
