A napenergia az emberiség reménye
A bosszantó olvasó biztosan gondolkodik. Hogyan produkál kevesebbet, mint ami a termeléshez szükséges? Teszik fel őket - dolgoznak, 10 év, 50 év, 100 évig nem kérik a zabkását - ez azt jelenti, hogy a teljes termelt energia megegyezik a végtelenséggel, és minden építési költséggel nyereségesnek kell lenniük.
A valóságban milyen dolgok vannak, mi a napenergiával kapcsolatos megközelítés, mely korlátozza a napelemek hatékonyságát, milyen ragyogó ötleteket már elértek, és miért nem képes a napenergia valamilyen módon nem elfoglalni a világot - a vágás alatt.
Mennyi energiát kapunk a naptól?
A nap minden négyzetméterére 1367 watt energiát (szolár állandó) ér. Földig a légkörben - mintegy 1020 watt (az egyenlítőnél) jön. Ha egy napelemes 16% -os hatékonysággal rendelkezünk - akkor egy négyzetméterből kaphatunk legjobb 163,2 watt villamos energiát. De végül is van az időjárás, a nap nem a zenith, néha van egy éjszakai (különböző időtartamú) - hogyan számíthatja ki mindezt?
Az éves sugárzás mindezt figyelembe vesszük, beleértve a típus a napelem telepítés (párhuzamos a talajjal egy optimális szögben, követés a nap), és lehetővé teszi számunkra, mennyit áramot lehet kidolgozni évente átlagosan (kWh / m 2, kivéve A napelem hatékonysága):
Város / Telepítés típusa
Az optimális szögben
Nézd a napot
Ie látjuk, hogy ha 1 km 2 -es napelemeket helyezünk el, Moszkvában (40,0 °) optimális szögben állítjuk be, akkor egy év alatt 1173 * 0,16 = 187,6 GWh-t tudunk termelni. Három rubel / kWh áron a keletkező energia feltételes költsége 561 millió rubel lesz. Miért feltételes - az alábbiakban megtudjuk.
Alapvető megközelítések a napenergia megszerzéséhez
Naphő és villany A forgó tükrök hatalmas területe tükrözi a napkollektor napját, ahol a Stirling-motort hővé alakítja. vagy a víz fűtése, majd a hagyományos gőzgenerátorok mind a CHP-üzemben. Hatékonyság - 20-30%.
Van egy változata lineáris parabolikus tükörrel (csak egy tengely körül kell forgatni):
Mi a díj ára? Ha megnézi a Ivanpah erőművet (392 MW), amelyben a Google közvetetten befektetett - építési költsége 2,2 milliárd dollár volt, vagyis 5,612 dollár kW kapacitásra. A Wikipedia-ban még boldogan írták, hogy bár drágábbak, mint a széntüzelésű erőművek, de állítólag olcsóbbak, mint a nukleárisak.
Ezáltal az építés "átlagos" költsége 17871 $ / kW, ami nemcsak drága, hanem fantasztikusan drága is. Drágább a villamos energia előállítása csak a világűrben. A hagyományos erőművek a gáz ára 500-1000 $ / kW, azaz. 18-36-szor olcsóbb. és mindig dolgoznak, nem olyan szerencsések.
És az utolsó dolog - az építés költsége általában nem tartalmazza az elemeket. Ha az elemeket (az alább felsoroltakat) vagy a szivattyúzott tároló erőmű építését adja hozzá - a költségek a tetőről származnak.
A napkollektoros erőművek naponta nagy mennyiségű fűtött hőhordozóval képesek villamos energiát generálni. Vannak olyan állomások is, de nem próbálják meg írni a költséget, úgy tűnik, hogy senki sem megijeszt.
A szilícium napelemek hatékonysága körülbelül 16%. Miért olyan kevés?
Az elektron-lyuk-páros kialakítása bizonyos energiát igényel, nem kevesebbet, sem kevesebbet. Ha egy fénymennyiség kevesebb energiával érkezik, mint amennyire szüksége van - akkor nem okozhat pár létrehozását, és a szilíciumot üvegen keresztül továbbítja (tehát a szilícium átlátszó az infravörös fényhez, amely 1,2 um felett van). Ha egy fénymennyiség érkezik a szükségesnél nagyobb energiával (zöld fény és rövidebb), a pár keletkezik, de a felesleges energia elvész. Ha az energia még magasabb (kék és ultraibolya fény), egy kvantum egyszerűen nem képes repülni a p-n csomópont mélységébe.
A hatékonyság növelése 16% feletti a fotocellák lehet kombinálásával több különböző fénysorompók (alapuló más félvezetők, és rendre a másik szükséges energiát a generációs elektron-lyuk pár) - eredetileg az egyik, hogy hatékonyan nyeli kék fény, és a zöld, piros és IR - ugrás , majd zöld, végül piros és IR. Ilyen 3 lépcsős elemeknél a 44% -os vagy annál magasabb hatékonysági arány elérése érhető el.
Sajnos, a 3 lépcsős napelemek nagyon drágák, és most el van kizárni a szokásos olcsó egyetlen szilícium napelemek - ez annak köszönhető, hogy a nagyon alacsony áron kapnak előre tekintve watt / $, a költség watt szilícium napelemek bevezetésével óriás vállalatok Kínában csökkent legfeljebb
0,5 $ / watt (azaz 500 dollárért napelemeket lehet vásárolni 1000 wattonként).
A szilícium elemek fő típusai monokristályos (drágább, kissé nagyobb hatékonyságú) és polikristályos (olcsóbb termelés, szó szerint 1% -kal kevesebb hatékonyság). Ez a polikristályos napelemek, amelyek a legalacsonyabb energiát adják 1 wattos generált teljesítménynek.
A problémák - a napelemek nem örök. Még akkor is, ha a por és a szennyeződést nem veszik figyelembe (reménykedünk az esőben és a szélben), mivel 20 év múlva a fotodegradáció miatt a legjobb szilikon elemek elveszítik
A teljesítmény 15% -a. Talán a további lebomlás lelassul, de még mindig figyelembe kell venni.
Menjünk most a gazdasági hatékonyság növelésére irányuló legfontosabb kísérletekre:
Vegyünk egy kis, nagy hatékonyságú fénysorompót és egy parabola tükröt Ez a koncentrált fotovoltaikus. Az ötlet elvileg nem rossz - a tükör olcsóbb, mint napelem és a hatékonyság 40% helyett 16 Az egyetlen probléma az, hogy most kell (megbízhatatlan) szerelő követés a nap, és a mi hatalmas forgó lemezen elég nagynak kell lennie, hogy ellenálljanak a szél széllökésekor. Egy másik probléma - amikor a nap nem túl sűrű felhőket állít - az energiatermelés nullára csökken, mert A parabola tükör nem képes összpontosítani a szétszórt fényt (hagyományos napelemeknél a kimenet biztosan esik, de nem egészen 0-ig).
A szilícium-napelemek árának csökkenésével ez a megközelítés túl drága (mind a telepítési költség, mind a karbantartás tekintetében)
És tegyük a napelemeket, helyezzük a tetőre, és fehérre festjük a tetőt, ezt a hírhedt Solyndra cég végezte el. Barack Obama bejelentésével állami garanciát kapott az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma 535 millió dollárért. és hirtelen csődöt jelentett. A kerek napelemeket úgy készítették, hogy egy félvezető réteget permeteztek (esetükben a réz indium gallium (di) szelenidet) üvegcsövekre. A napelemek hatékonysága 8,5% volt (igen, kiderült, hogy rosszabb, mint az egyszerű és olcsó szilícium).
Élénk példa arra, hogy az amerikai kapitalizmus, a megfelelő lobbizással, a tehetetlenséggel képes hatalmas forrásokat szivattyúzni alapvetően nem hatékony technológiákká. Senki sem került a munka eredményére.
Úti kanál vacsorára
A folyamatos technológiai fejlesztés lázadása után megnyílik egy szomorú történelmi oldal. A napenergia-erőművek napról napra villamos energiát termelnek, és az este leginkább szükséges:
Tehát, ha kötelezik vásárolni villamos naperőművek a rendes ár, amikor már létrejött - valójában újraelosztását származó bevétel a meglévő hagyományos energiatermelő kapacitás, akik arra kényszerülnek, hogy a nap állni tartalék javára napenergia.
Van egy ilyen érdekes lehetőség - ha valahol a fogyasztás esti csúcsán - valahol a földön a nap magassága. Építhet egy napenergia-erőművet ott, és villamos energiát továbbít egy áramvezetéken keresztül? Ez lehetséges, de megköveteli az energia átadását a mintegy 5-8 ezer kilométeres távolságon, ami hatalmas beruházásokat igényel (legalábbis addig, amíg át nem váltottuk a szupravezetőket) és jóváhagyásokat egy csomó országgal. Körülbelül ebben a irányban a Desertec projekt fejlődött - a termelés Afrikában, továbbítás Európába.
Elemek
Így az 1W-os napelemek ára 0,5 $. Egy nap 8W * h villamos energiát termel (8 óra napsütés). Hogyan lehet ezt az energiát megtakarítani egész estig, mikor lesz a leginkább szükséges?
Legolcsóbb - ólom-sav (ami persze nem „zöld”), a nagykereskedelmi árat - $ 0.08 per Wh, illetve fenntartani a napi termelés szükségünk akkumulátorok $ 0.64, ami ismét több, mint a költsége a napelemek magukat. Az ólomelemek is gyorsan halnak meg, 3-6 év szolgálatot ebben a módban. Nos, a desszert - az ólomelemek hatékonysága - 75% (azaz az energia egynegyede elveszett a töltés-kisütési ciklusban).
Van is egy változata a tároló teljesítmény (nap - szivattyú víz „fel” szivattyú éjjel - működik, mint egy hagyományos vízi) -, de kialakításuk is drága, és nem mindig lehetséges (KAP - 90%).
Annak a ténynek köszönhetően, hogy az elemek drágábbak, mint a napenergia-erőmű, nagy erõmûvekben nincsenek benne, a villamos energiát az elosztóhálózathoz amint generálják, éjjel és este a hagyományos erõmûvekre számítva.
Mi a tisztességes ára a szabályozatlan napenergia-termelésnek?
Vegyük például Németországot, mint a napenergia fejlesztésében. A napelemek által termelt minden kilométerenkénti energiát 12,08-17,45 euró cent / kWh váltja fel, függetlenül attól, hogy mit termelnek a nap minimális fogyasztásában. Az általuk elérni csak az orosz gáz megtakarítását jelenti. A gázüzemű erőműveket még fel kell építeni és forró tartalékban kell tartani (és minden egyéb költsége változatlan marad - fizetések, kölcsönök, karbantartás).
Gazdasági szempontból tisztességes lenne, ha a napenergia-erőművek pontosan annyit kaptak, amennyire lehetővé teszik az üzemanyag takarékos megtakarítását a gázerőművekben.
Tegyük fel, hogy az érték az orosz gáz - $ 450 per ezer méter 3. Ez a mennyiség lehet fejleszteni 39000 GJ ≈10.8 * 0,4 GWh ≈ 4,32 villamosenergia GWh (termelés hatásfoka 40%), illetve per 1 kWh mi napenergia. az orosz gáz gazdasága 0,104 $ = 7,87 euró cent. Hogy ilyen legyen a valós értékét nem szabályozott napenergia, és úgy néz ki, mint Németország, fokozatosan ez a szám, de abban a pillanatban napenergia Németországban 50% támogatott.
A polikristályos napelemek a legolcsóbb napenergiát, kb. 0,5 $ / wattot adják, a többi módszer sokkal drágább.
A napenergia problémája nem a napelemek hatékonyságában van, nem az EROEI-ben (valójában elméletileg végtelen), és nem az áraikban -, hanem abban a tényben, hogy a keletkező energia nagyon drága az esti órákig. Ie A fő probléma az elemek, amelyek drágábbak, mint a napelemek, és rövid élettartamuk (3-6 év).
Abban a pillanatban, egy nagyszabású napenergia elem nélkül lehet megtekinteni csak olyan módon, hogy mentse a nap egy kis része a fosszilis tüzelőanyagok, akkor elvileg nem kell számának csökkentése szükséges klasszikus erőművek (gáz, szén, nukleáris, hidro) - kell még tartalékban tartott a délutáni, és teljesen vegye figyelembe a fogyasztás esti csúcsát.
Ha a jövőben segítségével (erőszakos) aránya tudjuk váltani a csúcs fogyasztás a nap - az építési napenergia erőművek kapnak sok értelme (például, ha a díjak lesznek azok, amelyek részesülnek a felvétele alumínium elektrolit hidrogén termelés és csak délután).
Az ára „nem szabályozott” napenergia nem lehet összehasonlítani a költségek generációs klasszikus erőművek - mint akkor keletkeznek, amikor kijön, és nem szükség esetén. A valós értékét nem szabályozott napenergia egyenlőnek kell lennie a megtakarítás fosszilis tüzelőanyagok, és nem több - a gáz 450 $ valós értéke a napenergia nem haladja meg a $ 0.1 per 1 kW * h (illetve a német napenergia a támogatott
„Fair” napenergia (elemek) most gazdaságilag indokolt csak a távoli területeken, ahol nincs lehetőség csatlakozni a hálózathoz (például abban az esetben a hosszú, magányos álló mobil bázisállomás).
A napenergia legnagyobb problémája az, hogy a fosszilis tüzelőanyagok túlságosan olcsóak ahhoz, hogy a napenergia-termelés gazdaságilag igazolható legyen.
Frissítés: A további tanulmányozáshoz egy cikket javasolhatunk a német energiaágazat napenergiával és szélenergiával kapcsolatos problémáiról. Gyönyörű termelési ütemtervek vannak, és általában ajánlom más Already_Yet cikkek olvasását.