21 июл. 2009 г.

Интервью с профессором В.М. Андреевым

Солнечная фотоэнергетика является одной из наиболее быстрорастущих отраслей мировой экономики - среднегодовые темпы ее роста в 2005–2010 гг. оцениваются в 30%. И хотя стоимость электричества, получаемого солнечными батареями, пока остается достаточно высокой, его стремительное удешевление прогнозируется уже в ближайшем будущем. О перспективах развития данного направления рассказывает зав. лабораторией фотоэлектрических преобразователей Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН профессор В.М. Андреев:

– Вячеслав Михайлович, насколько активно сейчас развивается солнечная энергетика?

– Современный мировой рынок фотоэнергетики – это вполне сложившийся, быстроразвивающийся сегмент мировой экономики с постоянно возрастающим темпом роста. Это обусловлено, во-первых, практической направленностью национальных программ высокоразвитых стран: 100 тысяч «солнечных крыш» в Германии, более 200 тысяч – в Японии, 1 млн – в США, выделение 3 млрд евро в ЕС на развитие фотоэнергетики до 2010 года.

Согласно прогнозам, объем фотоэнергосистем в 2020 г. превысит 50 ГВт, т. е. за 20 лет объем рынка увеличится в 140 раз (в 2000 г. было произведено 280 МВт).
Фотоэнергетика экономически рентабельна уже сейчас. Например, для обеспечения электроэнергией автономных потребителей, а также для низковольтного электрообеспечения (дежурное освещение, датчики, сенсоры и др.). Предполагается, что в скором времени цена одного солнечного киловатт-часа сравняется с ценой киловатт-часа, производимого на угольных станциях.

Производством солнечных батарей занимаются Siemens, Sharp, Kyocera, BP Solar и др. Возрастающий рынок солнечной фотоэнергетики – коммерчески крайне перспективен. К середине века запасы нефти и газа будут близки к истощению и солнечное электричество должно компенсировать сокращение объемов добычи. При этом увеличивающийся выброс двуокиси углерода в атмосферу должен привести к ускоренному развитию экологически чистой солнечной фотоэнергетики для снижения загрязнения среды и глобального потепления. Солнечное электричество будет доминирующим источником энергии с долей приблизительно 60% к концу века благодаря практически неистощаемому ресурсу энергии – Солнцу. Скрытые социальные затраты на компенсацию вредного воздействия «традиционных» электростанций (болезни, уменьшение продолжительности жизни и др.) распределены на все общество и составляют 50–80% цен на энергию. Если включить эти затраты прямо в тарифы на топливо и энергию, то фотоэнергетика может стать конкурентоспособной уже на данном этапе ее развития.

Электроэнергия является ключом для повышения уровня жизни в районах, не имеющих снабжения электричеством, и солнечная энергия могла бы стать доминирующим децентрализованным источником энергии в этих районах благодаря ее практически неограниченному ресурсу.

– Каковы перспективы развития фотоэлектрической энергетики в России?

– Для России широкое использование фотоэнергетики имеет не меньшее значение. Сейчас более 10 млн граждан России живут без централизованного электрообеспечения. Даже если для 1 млн граждан будет использована фотоэнергетика (на каждого гражданина ~ 2 КВт·ч/сутки), необходимо установить более 500 МВт пиковой мощности фотоэнергосистем.
Вторым огромным российским потенциальным потребителем фотоэнергетики является сельскохозяйственный сектор, который самостоятельно способен потреблять сотни мегаватт пиковой энергии солнечных батарей в год.

Если к этому добавить уже естественно нарождающийся рынок автономных фотоэнергосистем для навигационного обеспечения, систем телекоммуникаций, систем для курортно-оздоровительного и туристического бизнеса, коттеджей, уличных солнечных фонарей и т. д, то суммарно потребности в России в солнечных батареях могут составить более 1 ГВт/год.

При этом необходимо учитывать, что среднегодовые поступления солнечного излучения во многих южных районах России больше, чем в Германии, Италии и Испании. В то же время на базе российских предприятий: НПФ «Кварк», «Солнечный ветер», ФГУП НПП «Квант» и «Телеком-СТВ» – в РФ создан и развивается мощный производитель высокоэффективных наземных солнечных батарей, не уступающих по качеству ведущим мировым фирмам, с объемом производства в 2007 году более 15 МВт.

– Насколько экономически оправданно использование энергии солнечных батарей?

– Несмотря на положительные тенденции развития фотоэнергетики, имеется существенный сдерживающий фактор – высокая стоимость фотоэнергосистем, обусловленная как дороговизной основного материала – кремния, так и дороговизной технологического процесса.

Сейчас около 90% производимых в мире солнечных фотоэлементов изготавливается на основе кристаллического кремния и около 6,5% ФЭП, производимые в виде тонких пленок таких материалов, как аморфный кремний, теллурид кадмия, диселенид меди и индия (CIS) и других, нанесенных на различные подложки. Увеличивающаяся потребность в исходном кремнии приводит сегодня к большим трудностям в наращивании объемов выпуска кремниевых солнечных батарей и снижения их стоимости. При этом эффективность кремниевых солнечных батарей составляет около 14% при незначительном потенциале роста.

Основными направлениями работ, которые должны обеспечить снижение стоимости батарей, являются: снижение стоимости исходного кремния, совершенствование оборудования и технологического процесса изготовления фотопреобразователей, увеличение объема производства фотоэнергосистем для снижения издержек производства.

Другой перспективный путь снижения стоимости солнечной электроэнергии – использование нанотехнологий для создания фотоэнергосистем с концентраторами солнечного излучения. В таких концентраторных фотоэлектрических системах стоимость электроэнергии может быть уменьшена более чем в 2 раза благодаря снижению в 1000 раз площади солнечных элементов. При этом удельный энергосъем в концентраторных фотоэнергосистемах может быть увеличен в 3 раза за счет большего КПД и обеспечения постоянной точной ориентации на Солнце.

Использование солнечных элементов на основе концентрированного излучения позволяет резко снизить стоимость дорогих полупроводниковых материалов, а уровень развития этой технологии дает возможность использовать уже в принципе сложную и развитую технологию для целей солнечной энергетики в широком масштабе. Причем эта сложная и в общем дорогая технология принципиально открывает возможность получения самой дешевой электроэнергии по сравнению с другими методами преобразования солнечной энергии.

Isofoton (Испания), Amonix (США), Concentrix (Германия) и ряд других компаний уже объявили об организации промышленного выпуска концентраторных солнечных энергосистем на основе гетероструктурных ФЭП, которые должны обеспечить существенное снижение стоимости солнечного электричества. Планируется организация подобного производства и в России. На базе разработок ФТИ планируется создание предприятия по выпуску концентраторных солнечных батарей на основе каскадных наногетероструктур. Ежегодно завод будет изготавливать установки общей мощностью 50 МВт.

В соответствии с решением Военно-промышленной комиссии при Правительстве РФ на строительство производства будет выделен инвестиционный кредит Внешэкономбанка на 2,5 млрд рублей. Еще столько же составят средства частных инвесторов. Наиболее вероятным партнером данного проекта является Национальная инновационная компания «Новые энергетические проекты» (НЭП), дочерняя компания «Норильского никеля». Планируется, что строительство завода начнется в 2009 году. Сейчас рассматриваются два варианта его расположения: Москва и Петербург. Мы считаем, что новое производство должно быть расположено недалеко от института-разработчика. Кроме того, объем первоначальных инвестиций – 5 млрд рублей – может быть сокращен примерно на 1 млрд за счет налоговых льгот, если этот проект будет реализован в Петербурге, в технико-внедренческой особой экономической зоне.

Производство концентраторных солнечных батарей позволит в сотни раз уменьшить потребность в полупроводниковых материалах. 1 грамм полупроводника, работающего 25 лет в концентраторной фотоэнергосистеме эквивалентен по получаемой электроэнергии ~ 5 тоннам нефти. С использованием разработанных технологий и прототипов солнечных фотоэнергоустановок возможна организация в РФ крупномасштабного производства наземных концентраторных батарей. При годовом объеме выпуска более 200 МВт стоимость продукции на мировом рынке составит до $1 млрд при себестоимости менее $400 млн.

При дальнейшем наращивании выпуска энергоустановок на их основе возможно создание мощных экологически чистых фотоэлектрических станций, которые могут дать существенный вклад в энергетику страны. Использование таких энергоустановок в районах без централизованного электроснабжения (степи, пустыни и горы) позволит сделать эти места пригодными для цивилизованной жизни человека.

– То есть производство концентраторных фотоэнергосистем экономически более выгодно, чем традиционных фотоэлектрических преобразователей на основе кристаллов кремния?

– Не следует противопоставлять обычные и концентраторные фотоэнергосистемы при оценке перспектив развития фотоэнергетики. И те, и другие должны использоваться в будущих системах электроснабжения. По-видимому, обычные модули с фотоэлементами из кремния составят основу децентрализованной системы выработки электроэнергии. Принадлежащие широкому кругу лиц, устанавливаемые на крышах и стенах домов и сооружений, объединенные в сеть, они будут олицетворять собой «демократические принципы» новой энергетики в сравнении с «диктатурой» энергетических гигантов, имеющей место в настоящее время.

Однако для покрытия энергетических потребностей энергоемких производств, муниципальных сообществ и т. д. будет необходимо создание достаточно крупных солнечных станций, обеспечивающих минимальную стоимость вырабатываемой электроэнергии. Применение концентраторных фотоэлектрических батарей при создании таких станций выглядит вполне естественным решением. Наступает время, когда следует переходить к более широкому инвестированию средств в эту область.

– Насколько действующее в России законодательство способствует развитию альтернативной солнечной энергетики?

– Развитие фотоэнергетики соответствует большинству высших приоритетов в утвержденной в 2003 году «Энергетической стратегии России до 2020 года». Это снижение вредного влияния ТЭК на окружающую среду, комплексное использование местных топливно-энергетических источников, создание экологически чистой энергетики, снижение эмиссии вредных веществ в атмосферу на 30–40% к 2010 году. Однако пока законодательная поддержка этого направления практически отсутствует.

Уверен, что необходимо скорейшее принятие закона РФ по фотоэнергетике, который должен включать поддержку фундаментальных и прикладных исследований, направленных на снижение стоимости солнечной электроэнергии. Кроме того, должны предусматриваться льготы на создание сырьевой базы (крупномасштабного производства кремния «солнечного» качества и материалов для нанотехнологий), а также производства и оборудования для крупномасштабного производства солнечных батарей. Должны быть закреплены льготы «производителям» и потребителям солнечной электроэнергии, улучшающей экологию и обеспечивающей уже сейчас улучшение энергообеспечения и качества жизни автономных потребителей, а в будущем – энергетическую безопасность страны. Отсутствие законодательной поддержки навсегда закроет для России этот высокорентабельный сектор энергетики.

Источник

Комментариев нет: