Испания. Страна Солнца и ветра. Об энергетике и ее будущем.

Мы прибыли в Испанию. Страна серенад и идальго встретила удивительно чистым воздухом, ветряками и отблесками зеркал солнечных электростанций. Глаз на проблемах энергетики и на энергосбережении уже наметан. Обратили внимание на особенности здания аэропорта в Мадриде. Здание энергоэффективное. Во-первых вертикальный разрез крыши, выполненный рядом спускающихся параллельных пластин (нечто похожее мы видели в институте Geoscience Australia) способствует большему прониканию света. А во-вторых, чтобы уменьшить расход электричества на освещение такого огромного пространства, над лампами (лампы направлены вверх) установлены зеркала! Красиво, экономично и видно, что энергией в Испании умеют дорожить.

Энергетика Испании. Общая информация

В течение многих десятилетий основой испанской энергетики был уголь, но доля его в производстве первичной энергии постоянно сокращалась (из-за его плохого качества и малой производительности угольных шахт), и одновременно росла доля гидроэнергии и нефти. Испания своей нефти почти не имеет, поэтому чрезвычайно увеличилась зависимость энергетики Испании от крупнейших нефтяных монополий мира, и в 1990-х годах за счет этого источника обеспечивалось 80% энергопотребления. Хотя с начала 1960-х годов в Испании были обнаружены несколько месторождений нефти (в 1964 была найдена нефть в 65 км к северу от Бургоса, а в начале 1970-х годов – близ Ампосты в дельте Эбро), использование отечественных источников энергии не поощряется.

В 1992 в общем балансе производства электроэнергии почти половина приходилась на долю местного угля и импортной нефти, 36% – на долю ядерного топлива и 13% – на долю гидроэнергии. Из-за низкого энергетического потенциала рек Испании роль гидроэнергетики сильно сократилась (в 1977 она давала 40% выработанной электроэнергии). Благодаря наличию больших запасов урана был разработан план развития атомной энергетики. Первая АЭС была запущена в 1969, однако в 1983 по экологическим соображениям был введен запрет на строительство новых АЭС. Стоимость энергоносителей начала расти, наступило время обдумать сложившуюся ситуацию. Испания приняла решение пойти на развитие энергетики, основанной на собственных энергоресурсах. Больше всего в Испании солнечной энергии. Испания горная страна, поэтому энергии ветра так же немало. Оказалось, что для Испании ветер более доступен, а Солнце более перспективно. Оно и понятно. Общий энергетический потенциал ветра на Земле в 160 раз превышает совокупную мощность всех электростанций, а солнечного излучения, падающего на Землю более, чем в 2000 раз! Но ветер сегодня дает более дешевую энергию.

Сегодня основным критерием политики Испании является самодостаточность в производстве электроэнергии.
• Испания имеет восемь ядерных реакторов, генерирующих 16% электроэнергии страны.
• С точки зрения общей генерирующей мощности, сектор возобновляемых источников энергии Испании уступает только США и Германии - 17% производства электроэнергии
• Оставшиеся 31% и 9% в энергетическом балансе приходятся на газ и уголь соответственно.

Энергия ветра является третьим источником электроэнергии в Испании после газа и атомной энергии. В 2011 году энергия ветра покрывала 15% электрического спроса в стране. Испания вторая по величине суммарной установленной мощности ветровой энергетики в Европе, и четвертая в мире после США, Германии и Китая.
В апреле 2012 г. в ветровой энергетике Испании был поставлен рекорд: было произведено более 5000 ГВт-ч в месяц!

Это данные статистики. Посмотрим, что нам скажут специалисты, с которыми мы будем встречаться.

Вот солнечная электростанция Gemasolar Power Plant возле Севильи. Более 2600 зеркал, установленных на площади 185 гектаров, собирают лучи солнца на, образно говоря, бочке с солью. Соли азотной кислоты отлично удерживают тепло и греют резервуары с водой, которая превращаясь в пар, крутит турбину. Gemasolar Power Plant – первая солнечная станция, которая вырабатывает энергию и ночью, благодаря соли, которая медленно остывает в темное время суток. Производительность станции, строительство которой обошлось в 260 млн. евро, составляет 20 мегаватт. Это на два порядка меньше, чем можно получать от АЭС, но зато солнечная энергия не наносит ущерба окружающей среде и исключает экологические катастрофы. Участие в финансировании строительства электростанции принимала компания Masdar из Объединенных Арабских Эмиратов. Это один из проектов по диверсификации нефтяной энергетики ОАЭ с ориентацией на альтернативную энергетику.

Визит в институт солнечной энергетики.

Целый день провели в институте солнечной энергетики (The Solar Energy Institute). В иституте производят монокристаллические кремневые солнечные модули, а также проводят различного рода тесты этих модулей. Здесь моделируют различные климатические условия, имитируют солнечные лучи и даже время - можно узнать что станет с модулем через n лет. Многие компании обращаются в институт за сертификатами качества, произведенных модулей. На снимке установки для испытания солнечных модулей и панелей.

Испытывать есть что. Испания активно участвует в программах международного сотрудничества по развитию солнечной энергетики. Предприятие из Карлсруэ запустило в Испании целую фабрику по производству солнечных элементов. «Производство организовано по принципу автомобилестроения . В год здесь могут быть произведены зеркала для поверхности в 250 тыс. кв. метров.

В посещенном нами Институте Солнечной Энергетики мы увидели еще один интересный вариант солнечных панелей, который отличается высокой эффективностью (рекорд был порядка 45% КПД при средних 20% у обычных панелей). Называются такие панели концентраторными ( CPV concentrated photovoltaic). В этих панелях применяются не только концентрирующие отражатели, но и высокоэффективные фотоэлементы на гетероструктурах. Разница с обычными панелями заключается в том, что здесь используются очень маленькие кусочки фотоэлементов (буквально пара квадратных миллиметров), на которые проецируется концентрированный солнечный свет, идущий от больших линз, направленных на каждый такой участок фотоэлементов. Степень концентрации солнечного излучения 1000-2000. Есть проблема перегрева элементов, сказывающаяся на КПД, но снижение КПД за счет перегрева в несколько раз ниже, чем повышение КПД за счет концентрации. Посмотрите на фото, как это выглядит:

С 14 по 30 сентября в Мадриде проводится международный конкурс среди вузов Solar Decathlon Europe 2012, здесь представлены исследования в разработке эффективных домов. Особый упор в строительстве домов делается на сокращение потребления энергии и получения всей необходимой энергию из солнца.
Двадцать команд из 13 различных стран (Германии, Дании, Испании, Франции, Венгрии, Италии, Португалии, Великобритании, Румынии, Китая, Японии, Бразилии и Египта), представили энергоэфективные дома реального размера. Кстати студенты и преподаватели Института Солнечной Энергетики в прошлом году представляли энергоэффективный дом в этом конкурсе (см. фото). Внутри есть все необходимое для жизни! А мы следим за конкурсом, и думаем, что Россия могла бы принять участие в Solar Decathlon Europe 2013!

Вчера столкнулись с новой для нас технологией. Кто бы мог подумать, что солнечные модули можно встроить прямо в окна домов? При этом окно становится немного затемненным, но свет все равно хорошо проникает внутрь помещения. Эффективность таких модулей, разумеется, ниже, чем у обычных. В сравнении со средними показателями кремниевых модулей в 20-25% КПД, у подобных "солнечных окон" уровень эффективности составляет порядка 7-8%. Но тем не менее, можно без проблем обеспечить хотя бы какую-то часть энергопотребления домохозяйства! Судя по внешнему виду – это стекло с наклеенной на него пленкой-солнечной батареей. Внешне пленка выглядит как обычная тонировочная пленка, но она может вырабатывать электроэнергию. Подобного рода техническое решение уже применено на строящемся небоскребе в Чикаго, где площадь таких окон-электрогенераторов должна составить несколько десятков тысяч квадратных метров!

Сегодня мы посетили Институт Концентрированных Фотоэлектрических Систем (ISFOC). Он занимается разработкой и совершенствованием уже упомянутых концентрированных панелей (CPV). Целью производства подобных модулей является сокращение расходов, затраченных на произведенную единицу солнечной энергии, посредством уменьшения площади активных фотоэлементов. В третьем квартале 2011 года в лабораторных условиях был установлен рекорд эффективности в 43,5%, в то время как коммерческие концентрированные панели достигают показателя в 39%. Поскольку в технологии используются линзы, совершенно необходимо, чтобы Солнце всегда падало перпендикулярно и лучи попадали ровно на фотоэлемент. Для этого установки оборудованы трэкерами, которые запрограмированны на движение Солнца. Игра стоит свеч, поскольку слежение за Солнцем позволяет увеличить выработку электроэнергии на 30-40%. В целом, использование гетероструктур в солнечных элементах, оптических концентраторов и установок слежения за Солнцем позволяет увеличить энергоотдачу энергетической установки более, чем в 2,5 раза! На снимке фрагмент концентрированных панелей.

Это очень важное обстоятельство, поскольку прогнозы стоимости электроэнергии от солнечных электростанций показывают, что цены энергии от Солнца на рынке пиковых нагрузок сравняются с предложением от традиционной сети в ближайшие 3-5 лет. Стоимость «солнечной энергии» станет прибыльной в зоне обычных средних тарифов примерно через 12 лет. Причем энергия энергии от сжигания угля и газа будет расти, от Солнца и ветра – падать.

Что касается эффективности деятельности по внедрению экологически чистой энергетики в Испании. В интервью, которое дал сайту «Портал-Энерго» директор Института Солнечной Энергетики в Мадриде Карлос дел Канизо Надал, были приведены данные по энергетическому балансу Испании на сегодня. 16% - ветровая энергетика, 4% - солнечная энергетика (итого 20% возобновляемых источников энергии в балансе – больше, чем многие ожидали ). Примерно по 30% приходиться на атомную энергетику и ГЭС. И совсем мало остается на газ, уголь и нефть. Если все пересчитать, то получается 80% экологически чистой энергетики, не дающей вредных выбросов. А начали эту гигантскую работу всего то 20 лет назад от точки, когда 80% энергии получали от сжигания угля и нефти.

Понятно, что сегодня это затратно и на дотирование возобновляемой энергетики страна вынуждена тратить около 8 миллиардов Евро в год. Но кто считал сколько пришлось бы тратить в связи с необходимостью пользоваться постоянно дорожающими нефтепродуктами и сколько стоит лечиться от загрязнений? Возникшие в настоящее время затруднения с бюджетом заставят повысить эффективность вновь созданной энергетики и от этого Испания обязательно выиграет. Это настрой и уверенность тех, с кем мы встречались.

Примечание сайта «Портал-Энерго.ru».

Перечисленные факты безусловно очень интересны и весьма полезны. Вместе с тем необходимо отметить, что отечественные разработки аналогичные или превосходящие по параметрам описываемые в данных заметках позволяют получить конкурентоспособные и надежные энергоустановки стоимостью в 2-3 раза дешевле имеющихся зарубежных образцов. При этом речь идет не о разработках на бумаге, а об опробованных образцах, готовых к промышленному воспроизводству. Доказательством тому служит многолетняя эксплуатация фотоэлектрических энергетических установок в космосе. Построенные по тому же принципу и адаптированные к земным условиям энергетические установки совершенно бесперебойно работают в условиях Якутии, где сверхсуровые климатические условия не в состоянии выдержать конкурирующая продукция из других стран.

Статья подготовлена сайтом «Портал-Энерго» с использованием материалов Марии Хромовой и Егора Голошова

Следующий визит в Италию, потом в Китай!