Научная статья на тему 'ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ ФОТОЭНЕРГЕТИКИ В ТУРКМЕНИСТАНЕ'

ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ ФОТОЭНЕРГЕТИКИ В ТУРКМЕНИСТАНЕ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
64
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Пенджиев Ахмет Мырадович, Мамедсахатов Б. Д.

In clause the basic conditions and factors of development of photopower in Turkmenistan and opportunity of use of solar photo-electric station in various industries are considered(examined), and also the ecologo-economic accounts are resulted.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Basic conditions and factors of solar energy development in Turkmenistan

In clause the basic conditions and factors of development of photopower in Turkmenistan and opportunity of use of solar photo-electric station in various industries are considered(examined), and also the ecologo-economic accounts are resulted.

Текст научной работы на тему «ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ ФОТОЭНЕРГЕТИКИ В ТУРКМЕНИСТАНЕ»

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

SOLAR ENERGY

Солнечные электростанции

Solar power plants

УДК 621.383; 621.472

ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ ФОТОЭНЕРГЕТИКИ В ТУРКМЕНИСТАНЕ

А. М. Пенджиев, Б. Д. Мамедсахатов

Туркменский политехнический институт м. Бикрова, Солнечный, 4/1, Ашхабад-32, 744032, Туркменистан

Тел.: +(495)37-09-50

Сведения об авторе: доктор с/х наук, кандидат техн. наук, доцент кафедры автоматизации производства Туркменского политехнического института.

Образование: Туркменский государственный университет, физический факультет (1978 г.). Профессиональный опыт: 02.1978-04.1980 гг. — лаборант, инженер Туркменской базовой лаборатории Всесоюзного научно-исследовательского института источников тока; 04.198009.1989 гг. — инженер, научный сотрудник НПО «Солнце» Академии наук Туркменистана.

Преподавательская деятельность: 11.1991-09.1992 гг. — старший преподаватель Национального института спорта и туризма Туркменистана; 09.1992-09.2002 гг. — зав. кафедрой «Основы вычислительной техники и биомеханики» Национального института спорта и туризма Туркменистана; 09.2002-09.2003 гг. — зав. кафедрой изучения мирового опыта в спорте и туризме.

Публикации: около 120 научных статей, брошюр, 8 монографий.

Пенджиев Ахмет Мырадович

In clause the basic conditions and factors of development of photopower in Turkmenistan and opportunity of use of solar photo-electric station in various industries are considered(examined), and also the ecologo-economic accounts are resulted.

Национальным планом действий Президента Туркменистана Сапармурата Туркменбаши по охране окружающей среды (НПДООС) определены направления и задачи природоохранной политики Туркменистана и составлен план долгосрочных мероприятий. Одним из направлений дальнейшего развития Туркменистана является комплексное решение экономических, экологических и социальных задач энергоснабжения в Туркменистане [6].

В шестидесятые годы прошлого столетия впервые была реализована возможность преобразования лучистой энергии Солнца в электрическую с помощью полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей, получивших потом название «солнечных элементов». Сейчас солнечная фотоэнергетика — новая, динамично раз-

вивающаяся отрасль энергетики, которая в перспективе при объеме выпуска солнечных батарей суммарной мощностью 42 млн. кВт в год будет использоваться для покрытия пиковой нагрузки электросистем в дневное время и рассматривается как альтернатива традиционным методам получения электроэнергии из органического топлива и ядерной энергии. В 1984 г. выработка электроэнергии от солнечных батарей в мире составила 30 МВт, уже в 1999 г. достигла 200 МВт пиковой мощности с явной тенденцией к дальнейшему росту — 9,2 ГВт к 2010 году [10].

Перспективный объем применения солнечных фотоэлектрических станций в СНГ в соответствии с запасами предприятий различных министерств и ведомств составляет уже сейчас около 500 МВт в год, а в области применения

Статья поступила в редакцию 17.03.2007 г. Ред. per. № 26. The article has entered in publishing office 17.03.2007. Ed. reg. No. 26.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 7(51) 2007

© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»

охватывает более 40 различных видов потребителей. Несмотря на ведущиеся в стране интенсивные разработки по фотоэктричеству, отсутствие у нас специализированных производств по выпуску солнечных элементов создает большие трудности для дальнейшего развития солнечной фотоэнергетики. Объем выпуска солнечных элементов наземного применения в СНГ в 1000 раз меньше мирового уровня и в 1985 г. составил 30 кВт. Учитывая, что уровень исследований и разработок солнечных элементов и солнечных фотоэлектрических станций у нас соответствует мировому уровню, а по некоторым типам солнечных элементов (матричные, на основе гетероструктур, разработки теории новых моделей) выше мирового уровня, необходимо в ближайшее время решить вопрос о создании национальной научно-исследовательской, технологической, проектно-конструкторской базы по строительству серийных заводов по выпуску солнечных элементов и солнечных фотоэлектрических станций.

Максимальный КПД преобразования солнечного излучения вблизи поверхности Земли составляет ~28 % и соответствует запрещенной зоне ар-сенида галлия Е = 1,4 эВ, для кремния Е = 1,1 эВ.

Преобразование солнечной энергии в электрическую является важнейшим направлением в решении энергетических, экономических, экологических и социальных проблем населения, промышленности и сельского хозяйства. Фотоэлектрический способ преобразования солнечной энергии является не только надежным, долговечным и экологически чистым, но может быть использован для улучшения экологической обстановки на небольшой территории, а в перспективе — для регулирования экологических условий на больших территориях.

В настоящее время в качестве физической основы фотоэлектрического преобразования солнечной энергии принимается фотовольтический эффект в полупроводниках, хотя существуют и развиваются и другие, так называемые «прямые» методы преобразования солнечной энергии в электрическую: термоэлектрический, термофотоэлектрический, фотоэлектрохимический и т. д., которые, однако, не получили широкого практического использования [1-3, 10].

Анализ современного состояния фотоэнергетики в Туркменистане

В настоящее время в стране нет ни одной промышленной установки, преобразующей или использующей энергию Солнца. Но большое число экспериментальных и опытно-конструкторских работ проходит испытание на различных полигонах страны.

Так, на колодцах «Инер-чага», «Таза гуи» и Каррыгуль отгонных пастбищ Каракумов ис-пытываются солнечные водоподъемные комплек-

сы, предназначенные для водоснабжения овцеводства республики. За сутки одна такая установка поднимает на высоту 25 м до 3,5 м3 воды и таким образом способна обслужить отару овец из 600-700 голов. Водоподъемные комплексы работают от солнечных электростанций различных модификаций:

- на колодцах «Инер-чага» и Каррыгуль — от солнечной электростанции (без слежения за Солнцем) мощностью 300 Вт и 360 Вт;

- на колодце «Таза гуи» — от солнечной электростанции с автоматическим слежением за Солнцем мощностью 500 Вт. Часть электростанции питает солнечный водоподъемный комплекс (220 Вт), другая часть (280 Вт) используется для опреснения минерализованных вод колодца (0,5 т в сутки).

На колодце «Инер-чага» солнечная электростанция мощностью 500 Вт используется для электроснабжения чабанских семей. От солнечной электростанции работают 7 лампочек, 2 телевизора, холодильник.

Сотрудники государственной автоинспекции г. Ашхабада испытывают 25 переносных радиостанций 70 РТП-2-ЧМ, переведенных на питание от солнечных батарей. Многолетний опыт их эксплуатации показал улучшение эксплуатационных характеристик и высокую экономическую эффективность перевода радиостанций на питание от солнечных батарей.

На полигоне отделения ВНИИТ г. Ашхабада испытывались:

- солнечная электростанция на основе пара-болоцилиндрических концентраторов мощностью 1 кВт; сооружается такая же станция мощностью 10 кВт. Эти станции предназначены для электроснабжения отделения и обогрева теплицы;

- солнечная электролизно-водная установка СЭВУ-120, предназначенная для получения тепла на отгонных пастбищах (приготовление пищи), а также газопламенной сварки. Производительность установки 120 л водородно-кис-лородной смеси в час, тепловая энергия пламени — 300 ккал/ч, 350 Дж/с. Потребителями солнечных электролизно-водных установок на отгонных пастбищах могут быть:

- школы (получение тепла для приготовления пищи);

- медицинские учреждения (получение тепла для стерилизации медицинских инструментов);

- постоянное население отгонных пастбищ (получение тепла для полного или частичного приготовления пищи).

Несмотря на то, что современные солнечные электростанции вырабатывают более дорогую электроэнергию по сравнению с обычными электростанциями (61,5 цента США за 1 кВтч), они могут дать ощутимый экономический эффект в ближайшее время. Расчеты показывают, что ожидаемый экономический эффект от вне-

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 7(51) 2007 /• ^

© 2007 Научно-технический центр «TATA» ОД

дрения солнечных водоподъемных комплексов на отгонных пастбищах страны для водоснабжения овцеводства достигает $1640 в год на одну установку. Экономия органического топлива равна 0,2 т у. т.

Перевод радиостанций 70 РТП-2-ЧМ, эксплуатируемых Госавтоинспекцией страны, на питание от солнечных батарей дает экономический эффект в размере $16,4 в год на одну радиостанцию; позволяет экономить остродефицитные аккумуляторные батареи типа ЦНК-0.45-11-У2 (одну аккумуляторную батарею на радиостанцию в год). Расчеты показывают, что экономически целесообразен перевод всей бытовой радиоаппаратуры, работающей от химических источников тока, на питание от солнечных батарей. Экономический эффект по этой группе товаров достигает $98,4 в год на 1 шт.

Внедрение солнечных электролизно-водных установок СЭВУ-120 на отгонных пастбищах может дать экономический эффект до $139,4 в год на 1 установку. Экономия органического топлива составит 0,3 т у. т. в год [4-9].

Основные условия и факторы развития фотоэнергетики в Туркменистане на период до 2030 г.

Одним из главных факторов, обусловливающих необходимость развития солнечной фотоэнергетики в Туркменистане, является сравнительно большой годовой приход солнечной суммарной радиации на деятельную поверхность. Для Туркменистана этот показатель составляет 6468 мДж/м2 в год. Годовой приход суммарной солнечной радиации на всю площадь Туркменистана равен 31571012МДж (табл.1) и определяет потенциальные фотоэнергетические ресурсы страны.

Но из всей этой энергии Солнца, поступающей на территорию страны, солнечные элементы преобразуют в электрическую энергию лишь часть ее, определяемую их КПД, который в настоящее время составляет 7 %. Кроме того, солнечные электростанции используют лишь часть продолжительности солнечного сияния, определяемую их временем работы в сутки (6 ч) или в год (2190 ч). Таким образом, степень использования продолжительности солнечного сияния составляет:

2190 ч : 2909 ч = 0,75,

Таблица 1 Радиационный режим Туркменистана

Характеристика

1. Среднегодовой приход суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность_

2. Средняя многолетняя продолжительность солнечного сияния

3. Площадь страны

4. Среднегодовой приход суммар-

ной солнечной радиации на пло-

щадь страны_

Значение

6468 мДж/м2

2909 ч

488,1 тыс. км2

3157-1012 МДж

а КПД солнечных электростанций составит: 0,07 • 0,75 = 0,0525. Этой величиной определяется среднегодовой уровень фотоэнергетических ресурсов Туркменистана, технически пригодных к использованию (табл. 1):

3157 • 1012 МДж • 0,525 = 165 • 1012 МДж, или

4568,1 • 107 млн. кВт ч, что в 5 млн. раз превышает современный уровень производства электроэнергии в СНГ — 1418,1 млрд. кВт-ч/год.

Таким образом, дальнейшее развитие солнечной фотоэнергетики в Туркменистане требует создания производственной базы для выпуска солнечных электростанций и батарей. Программой работ по отрасли должно быть предусмотрено строительство и ввод в действие 1-й очереди завода по производству солнечных батарей в г. Ашхабаде с годовым объемом выпуска продукции на сумму $41,0 млн. и общей мощностью 1/13500 МВт/м2. Необходимо предусмотреть полное развитие завода к началу 2015 г. с годовым объемом выпуска продукции на сумму $82 млн. и общей мощностью 1/27000 МВт/м2. Сметная стоимость строительства завода — $151,7 млн. (табл. 2), в том числе строительно-монтажные работы — $106 млн., оборудование — $45,1 млн. Требуемая численность персонала — 8500 чел., в том числе ИТР — 1500 чел., рабочие — 7000 чел.

Создание завода по производству солнечных батарей позволит:

- ежегодно, начиная с 2020 г., оснащать солнечными водоподъемными комплексами

Таблица 2

Сметная стоимость строительства завода по производству солнечных батарей

в г. Ашхабаде (млн. долл. США)

Сметная стоимость Промышленное строительство Жилищное строительство Всего (полное развитие)

1-я очередь Полное развитие 1-я очередь Полное развитие

1. Сметная стоимость 57,4 98,4 53,3 151,7

2. Строительно-монтажные работы 32,8 57,4 49,2 106,6

3. Оборудование 24,6 41 4,1 45,1

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 7(51) 2007

© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»

1667 колодцев из 5200 действующих в настоящее время на отгонных пастбищах страны и таким образом удовлетворить ~32 % потребности в них. К 2020 г. возможно полное удовлетворение собственных потребностей страны в солнечных водоподъемных комплексах;

- улучшить электроснабжение населенных пунктов отгонных пастбищ. Ежегодный выпуск 35 модулей солнечных электростанций мощностью 10000 Вт каждый позволит удовлетворять до 3 % потребности населенных пунктов отгонных пастбищ в электроснабжении, а к 20152020 гг. — до 30 % перевести на питание от солнечных батарей транзисторную радиоаппаратуру мощностью до 2 Вт в объеме, превышающем среднегодовое поступление товаров в страну;

- перевести на питание от солнечных батарей бытовую радиоаппаратуру мощностью до 40 Вт в объеме, превышающем 20 % среднегодового поступления этих товаров в страну;

- ежегодно переводить на питание от солнечных батарей до 30 % станций катодной защиты подземных сооружений страны;

- полностью удовлетворить собственные потребности страны в переводе речного и морского навигационного оборудования на питание от солнечных батарей.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения продукции завода по производству солнечных батарей в народное хозяйство Туркменистана составит (табл. 3):

- $1,9 млн. в год от внедрения солнечных водоподъемных комплексов для подъема воды из колодцев отгонных пастбищ страны. Экономия органического топлива составит 333,4 т у. т. в год или сократит выбросы на 806 Мг СО2 экв. в год;

- $1,3 млн. в год от внедрения модулей солнечных электростанций мощностью 10000 Вт каждый для энергоснабжения населенных пунктов отгонных пастбищ. Экономия органического топлива составит 230 т у. т. в год или сократит выбросы на 556,6 Мг СО2 экв. в год;

- $0,41 млн. в год от перевода транзисторной радиоаппаратуры мощностью до 20 Вт на

питание от солнечных батарей. Экономия химических источников тока составит 5 млн. элементов и батарей в год;

- $0,246 млн. в год от перевода транзисторной радиоаппаратуры мощностью до 40 Вт на питание от солнечных батарей. Экономия химических источников тока составит 63 млн. элементов и батарей в год;

- $1,9 млн. в год от перевода станций катодной защиты подземных сооружений на питание от солнечных электростанций. Экономия органического топлива составит 358,5 т у. т. в год или сократит выбросы на 867 Мг СО2 экв. в год;

- $1,5 млн. в год от перевода речного и морского навигационного оборудования на питание от солнечных электростанций. Экономия органического топлива составит 263 т у. т. в год или сократит выбросы на 741,6 Мг СО2 экв. в год.

Суммарный экономический эффект от внедрения продукции завода по производству солнечных батарей составит:

1-я очередь ф,. .

г $3,5 млн. в год

строительства завода

Полное развитие $7,3 млн. в год

Экономия органического топлива и сокращение выбросов С02

493 т у. т. в год или

1-я очередь строительства завода

Полное развитие производства

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

сокращение выбросов на 1193,1 Мг СО2 экв. в год 1184,9 т у. т. в год или сокращение выбросов на 2867 Мг СО2 экв. в год

Область использования солнечных электростанций и солнечных батарей может быть значительно расширена за счет их применения для:

- электропитания солнечных электролизно-водных установок СЭСУ-120 потребляемой мощностью 500 Вт и производительностью 120 л водород-кислородной смеси в час;

- электропитания электродиализных опреснительных установок потребляемой мощностью 500 Вт, производительностью 1 т пресной воды в сутки;

Таблица 3

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения продукции завода по производству солнечных батарей

Экономия органического топлива, т у. т. Ожидаемый экономический эффект

Наименование На Суммарный,

единицу изделия, $ США тыс. $ США

2010-2015 гг. 2015-2020 гг. 2010-2015 гг. 2015-2020 гг.

Батареи солнечные БС-2 — — 4,1 410 410

Батареи солнечные БС-40 — — 231,24 289,05 289,05

Солнечные электростанции СЭС-300 — 333,4 1131,6 — 1886,4

Солнечные электростанции СЭС-1000 — 358,5 3772 — 1886

Солнечные электростанции СЭС-2500 263 263 9430 1508,8 1508,8

Модули СЭС-10000 для комплектования станций большой мощности 230 230 377720 1320,2 1320,2

ИТОГО: 493 1184,9 — 3528,05 7300,46

i г Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 7(51) 2007 I © 2007 Научно-технический центр «TATA»

- освещения кошар и питания электроизгороди для овец;

- для энергопитания сельскохозяйственных машин и механизмов: электростригального агрегата ЭСА-12Г потребляемой мощностью 4 кВт; транспортера шерсти потребляемой мощностью 1,7 кВт; чаеочистительной машины ЧП-300 суммарной потребляемой мощностью 3,2 кВт; электромагнитной семяочистительной машины суммарной потребляемой мощностью 3,1 кВт; электромотыги ЭМ-12 потребляемой мощностью 0,27 кВт; электрофрезы ФС-07 потребляемой мощностью 2,8 кВт;

- для питания машин и механизмов животноводческих ферм: укладчика грубых кормов, потребляемой мощностью 1,7 кВт, грузоподъемностью 250 кг, производительностью при скирдовании сена 6,5 т/ч, соломы 2,8 т/ч; раздатчика кормов РКУ-200, РКС-3000М потребляемой мощностью 3 кВт, обслуживающего до 1200 голов скота; других сельскохозяйственных машин и механизмов [6-9].

Основные требования

развития фотоэнергетики к отраслям и сферам народного хозяйства

Требования к науке

1. Разработать дешевую технологию изготовления солнечных элементов, позволяющую снизить их стоимость ($41 за 1 Вт) не менее чем в 10 раз. Снижение стоимости солнечных элементов приведет к пропорциональному удешевлению солнечных электростанций и батарей и позволит расширить область их применения.

2. Изучить конъюнктуру рынка сбыта солнечных электростанций и батарей в стране.

Требования к промышленности, транспорту и др.

1. Освоить производство технологического оборудования для создания солнечных батарей, в том числе автоматизированных линий по производству солнечных элементов, автоматизированных линий по сборке плоских солнечных батарей.

2. Соответствующим отраслям промышленности Туркменистана освоить существующую технологию получения солнечных элементов из местного сырья — песка Каракумов.

Требования к подготовке кадров

Необходимо организовать курсы повышения квалификации по специальностям: технология изготовления солнечных элементов; управление автоматизированной линией по производству солнечных элементов; управление автоматизированной линией по сборке плоских солнечных батарей.

Требования по совершенствованию системы управления фотоэнергетикой

Необходимо создать научно-производственное объединение в г. Ашхабаде в составе научно-исследовательского центра, завода по производству солнечных батарей, специального проект-но-конструкторского и технологического бюро.

Заключение

Туркменистан располагает богатейшими солнечными фотоэнергетическими ресурсами, не ис-

пользуемыми в настоящее время. Оценка их среднегодового уровня равна 31571012 МДж.

Для использования лишь 0,005 миллиардной доли солнечных фотоэнергетических ресурсов страны необходимо создать завод по производству солнечных батарей с годовой мощностью 1 мВт/2700 м2 и годовым объемом выпуска продукции $82 млн. Объем капитальных вложений на строительство завода — $151,7 млн.

Создание завода по производству солнечных батарей позволит за 2010-2030 гг. полностью удовлетворить потребности страны в солнечных водоподъемных комплексах для электроснабжения населенных пунктов отгонных пастбищ, в электропитании станций катодной защиты подземных сооружений, в электропитании речного и морского навигационного оборудования и др.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения продукции завода по производству солнечных батарей составит $74 млн./год, экономия органического топлива — 1200 т у. т./год или сокращение выбросов на 2904 Мг СО2 экв./год.

Годовая выработка электроэнергии солнечными фотоэлектрическими станциями и батареями, планируемыми к выпуску заводом, составит 4,4 млн. кВтч при условии использования 2190 ч солнечной радиации в год. Себестоимость выработки 1 кВтч электроэнергии — 61,5 цента.

Список литературы

1. Дурдыев А. М., Пенджиев А. М. Пути сокращения выбросов парниковых газов в атмосферу // Проблемы освоения пустынь. 2003. № 2.

2. Муругов В. П., Мартиросов С. Н. Экономическая оценка возобновляемой энергетики для автономного электроснабжения // Возобновляемая энергия. 1997. № 1. С. 52-55.

3. Пенджиев А. М., Маметсахатов Б. Д. Расчетная себестоимость возобновляемых источников энергии // Проблемы освоения пустынь. 2006. № 1. С.46-48.

4. Пенджиев А. М. Эффективность использования ветроэлектроустановок в Туркменистане // Там же. 2004. № 1. С. 20-25.

5. Пенджиев А. М. Ветроэнергетические ресурсы Туркменистана // Стандарт. 2004. №4. С. 32-34.

6. Пенджиев А. М. Перспективы использования возобновляемых источников энергии в Туркменистане // Проблемы освоения пустынь. 2005. № 2.

7. Стребков Д. С. О развитии солнечной энергии в России // Теплоэнергетика. 1998. № 2. С.57-60.

8. Стребков Д. С., Кошкин Н. Л. О развитии солнечной энергии в России // Теплоэнергетика. 1996. № 5. С. 381-384.

9. Стребков Д. С., Пинов А. Б. Фотоэлектричество: проблемы в России // Возобновляемая энергия. 1997. № 1. С. 22-51.

10. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. М.: Наука, 2003.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 7(51) 2007 . - , i ~ I J^Ht

© 2007 Scientific Technical Centre «TATA» Je®«"® I SL :":

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.