Содержание к диссертации
Введение
I. Глава. Современная энергетика и ресурсы возобновляемых источников энергии в Туркменистане 7
1.1. Основные факторы воздействия топливно-энергетического комплекса на окружающую среду 11
1.2. Анализ современного состояния возобновляемых источников энергии и развитие солнечной фотоэлектрической энергетики в Туркменистане 22
1.3. Цели и задачи диссертационной работы 40
II. Глава. Теоретические и экспериментальные исследования солнечных фотоэлектрических установок 42
2.1. Ресурсы солнечной энергии в Туркменистане и преобразование ее в электрическую 42
2.2. Исследование электрических параметров солнечных фотоэлектрических установок при неравномерном освещении 45
2.3. Конструкция солнечной фотоэлектрической водоподъемной установки 52
2.4. Технологии изготовления солнечной энергетической установки с концентратором 58
III. Глава. Экономическая эффективность фотоэлектрических установок, их значение для народного хозяйства и экологии Туркменистана 64
3.1. Определение мощности солнечной фотоэлектрической станции для водоподъема на колодцах Туркменистана 64
3.2. Экономическая эффективность от внедрения солнечных фотоэлектрических станций на отгонных пастбищах Туркменистана 73
3.3. Расчетная себестоимость использования возобновляемых источников энергии 84
3.4. Расчет выбросов парниковых газов для получения энергии при использовании органического топлива и гелиоэнергетических установок 89
IV. Глава. Перспективы развития солнечной энергетики в Туркменистане 101
4.1. Приоритеты и перспективы возобновляемых источников энергии и области их реализации в Туркменистане 101
4.2. Законодательное обеспечение развития солнечной энергетики в Туркменистане 104
4.3. Основные факторы и прогноз развития солнечной фотоэнергетики в Туркменистане на период до 2030 г 109
Выводы 119
Литература 121
Приложение 126
- Анализ современного состояния возобновляемых источников энергии и развитие солнечной фотоэлектрической энергетики в Туркменистане
- Исследование электрических параметров солнечных фотоэлектрических установок при неравномерном освещении
- Экономическая эффективность от внедрения солнечных фотоэлектрических станций на отгонных пастбищах Туркменистана
- Законодательное обеспечение развития солнечной энергетики в Туркменистане
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важных проблем человечества в XXI веке является изменение климата. По прогнозам ученых ожидается дальнейшее повышение средней температуры воздуха по сравнению с данными прошлого столетия на 1-2 С, к 2025 году - на 2-ЗбС, к 2050 году - на 3-5 С [ 38,41,42 ].
Традиционная энергетика, основанная на использовании органического топлива, наносит значительный ущерб окружающей среде. При получении энергии за счет сжигания топлива ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается 150 млн. т золы, 100 млн. т диоксида серы, 60 млн. т оксидов азота, 300 млн. т окислов углерода, углекислого газа и многих других веществ, которые поглощают длинноволновое излучение, идущее от поверхности Земли. Нахождение в атмосфере этих примесей длится до 120 лет (Двуокись серы - 3 дня, углекислый газ - 5 лет, фреон - 50 - 70 лет, закись азота - 120 лет), а долгосрочное нахождение их может привести к нежелательным глобальным изменениям климата [41,42].
Одним из основных загрязнителей (до 50%) является энергетический комплекс, энергоносителем которого служит органическое топливо. Накопление СОг и других газов антропогенного происхождения, вызывает «парниковый эффект», который влияет на изменение климата.
Энергетическая стратегия Туркменистана в 20 веке исходила из приоритетности создания крупных объектов, использовавших органическое топливо. В Туркменистане на долю топливно-энергетического комплекса приходилось в 2005 году около 50% всей производимой промышленностью продукции, при этом Туркменистан является страной производителем энергоносителей (природный газ - 61,8 млрд. куб. м., нефтепродукты - 5,9 млн. т, электроэнергия более - 12,8 млрд. кВт ч). В соответствии с Национальной программой экономики Туркменистана к 2010 году значительно возрастет добыча нефти и достигнет уровня 48 млн. т, газа -120 млрд.куб.м, электроэнергии -25,5 млрд. кВт час в год. Суммарная мощность электростанций, работающих на природном газе, составляет более 2652,2 МВт [1,46,75].
Важное значение для дальнейшего развития энергетики имеет встреча Президента России В.В.Путина, Президента Казахстана Н.А.Назарбаева и Президента Туркменистана Г.М. Бердымухамедова в мае 2007 года. Стороны приняли решение о строительстве Прикаспийского газопровода. Президенты подчеркнули важность углубления всестороннего сотрудничества в области науки и образования. Вместе с тем Президент Туркменистана Г.М. Бердымухамедов дал указание министерствам и ведомствам изучить мировой опыт по применению экологически чистых энергосберегающих технологий, основанных на использовании возобновляемых источниках энергии - солнца и ветра, что в условиях Туркменистана является неисчерпаемым ресурсом.
Туркменистан имеет ряд благоприятных факторов для использования солнечной энергии. Климату Туркменистана характерна большая продолжительность солнечного сияния. Однако, в Туркменистане, расположенном в зоне пустынь, климат резко континентальный и очень сухой. В Центральных Каракумах из-за недостаточного количества атмосферных осадков и отсутствия поверхностных вод остро ощущается нехватка пресной питьевой воды. Это создает большие проблемы не только для развития сельского хозяйства, в том числе животноводства, создания необходимых условий людям, живущим в отдаленных населенных поселках и пунктах, но и для развития инфраструктуры в целом.
По данным ученых Туркменистан располагает огромными запасами водных ресурсов (около 80км3), но на большой глубине. Необходимую воду для жизнедеятельности и развития инфраструктуры отдаленных поселков приходится поднимать на поверхность из артезианских скважин. При этом используются
дизельные генераторы, работающие на органическом топливе, что не только загрязняет окружающую среду, но и требует дополнительных расходов и затрат на обслуживание и транспортировку топлива.
Возобновляемые источники энергии за последние десятилетия получили значительное развитие в мире. Мировой солнечный фотоэлектрический рынок развивается с темпами роста более 30 % в год, а объем производства солнечных фотоэлектрических установок составил в 2006 г. - 2,4 ГВт, в 2010 г. достигнет 10.4 ГВт (согласно данным, опубликованным на сайте ).
В связи с вышеизложенным, проблема использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в первую очередь солнечных энергетических установок для водоснабжения, является актуальной. Внедрение солнечной энергетики в целом поможет устойчивому развитию экономики, малого бизнеса и созданию новых рабочих мест в регионах Туркменистана и окажет содействие выполнению Национальной программы освоения пустынных территорий центральных Каракумов, Национального плана действия по охране окружающей среды.
Учитывая вышеизложенное, были определены цели и задачи диссертационной работы. Цели диссертации: исследование и обоснование параметров и перспектив использования солнечных фотоэлектрических установок (далее СФЭУ) в Туркменистане, которые смогут сыграть значительную роль и способствовать охране природы, сохранению экологии, сбережению энергоресурсов и, в конечном счете, росту экономики и, соответственно, улучшению социально-экономических и бытовых условий населения. В связи с этим в диссертации решались следующие задачи:
исследовать национальные (местные) условия, особенности страны и энергетический потенциал с целью изучения возможностей и потребностей использования солнечных энергетических установок и других возобновляемых источников энергии (далее ВИЭ) в Туркменистане;
исследовать электрические параметры солнечных фотоэлектрических установок при неравномерном освещении;
разработать способы изготовления солнечной энергетической установки с концентратором и оценить возможности экономии кремния при использовании фотоэлектрической установки с концентратором.
разработать, создать и исследовать в реальных условиях эксплуатации опытную солнечную фотоэлектрическую установку для подъема воды из колодцев пустыни Каракумы. Оценить ожидаемые технико-экономические эффекты от внедрения этой установки;
создать для пастбищных территорий Туркменистана картограмму требуемой мощности водоподъемной станции;
рассчитать, составить и проанализировать таблицы сокращения выбросов парниковых газов, определить полученную экономию органического топлива в результате использования солнечных фотоэлектрических установок;
обосновать перспективы развития фотоэнергетики в Туркменистане и предложения по ее использованию.
Научная новизна работы:
проведен анализ возможного потенциала использования солнечной энергии и других возобновляемых источников энергии в условиях Туркменистана;
исследованы электрические параметры солнечной фотоэлектрической установки при неравномерном освещении солнечных домов и приведены их расчеты;
разработана, создана солнечная фотоэлектрическая установка нового поколения для водоподъема воды из колодцев пустыни Каракумы и исследованы ее энергетические параметры;
- составлена для регионов Туркменистана картограмма требуемой мощности
водоподъемных станций;
разработана новая технология изготовления солнечных энергетических установок с осесимметричным концентратором. Научная новизна работы подтверждена патентом РФ на изобретение;
- предложено законодательное обеспечение развития солнечной энергетики в
Туркменистане.
Основные положения, выносимые на защиту:
результаты исследований использования солнечной фотоэлектрической установки для подъема воды на пастбищах в Туркменистане;
исследование электрических параметров солнечных фотоэлектрических установок при неравномерном освещении солнечных домов;
способ изготовления солнечной энергетической установки с осесимметричным концентратором;
картограмма для внедрения и практического использования солнечных водоподъемных установок на территории Туркменистана;
основные приоритеты, факторы и перспективы развития фотоэнергетики в Туркменистане.
Достоверность результатов исследований подтверждается результатами испытаний, которые отражены в актах, протоколах испытаний и справкой о практическом применении.
Практическая ценность работы. Разработанная конструкция фотоэлектрического водоподъемника подтверждает перспективное направление в использовании фотоэлектрических установок для водоподъема из колодцев пустыни Каракумы, что позволит, в расчете на одну установку, сократить на 12,0 т потребление ископаемого топлива, на 38,4 т выбросы СО2 , улучшить условия жизни местного населения, содействовать интенсификации производства пастбищных комплексов в год.
Результаты технико-экономического расчета использования опытной фотоэлектрической солнечной установки для подъема воды из колодцев пустыни Каракумы показывают, что совокупная прибыль, с учетом продажи квот на эмиссию, составляет парниковых газов 3830 долл. США на одну водоподъемную установку в год.
Составленная картограмма даст возможность эффективно планировать использование водных ресурсов регионов, выбор водоподъемного оборудования и оценить себестоимость установки на территории Туркменистана.
Разработанные способы изготовления солнечной энергетической установки с концентратором позволяют снизить их себестоимость на 30%.
Произведенный анализ и расчетный прогноз по основным требованиям к использованию солнечных фотоэлектрических установок в отраслях промышленности Туркменистана открывают дальнейшие перспективы использования возобновляемых источников энергии и области их реализации в Туркменистане.
Рассчитана и составлена таблица сокращения выбросов парниковых газов от созданных в Туркменистане установок на основе возобновляемых источников энергии.
Подготовлены рекомендации по оптимизации законодательной базы, обеспечивающие перспективное развитие солнечной энергетики в Туркменистане. Апробация работы. Основные положения и результаты научных исследований диссертации докладывались и обсуждались на седьмой специализированной выставке «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК» (Москва 2006 год), на научно - теоретических конференциях и семинарах Туркменского политехнического института, Туркменского института народного хозяйства, а также на научных конференциях молодых ученых Туркменистана.
Публикации по работе. Основные положения, разработанные в диссертации, нашли свое отражение в 10 статьях, в том числе, в 4 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК России ( общим объемом 3.8 печ. л. ), получен 1 патент на изобретение Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 147 страницах (Word текст редакторе 12 шрифт), состоит из введения и 4 глав, 26 рисунков и графиков, 49 таблиц и схем, выводов и списка литературы из 94 наименований, из них 6 иностранных авторов. Приложение располагается на 20 страницах и включает таблицы, проектные предложения, фотографии, справки и т.д.
Анализ современного состояния возобновляемых источников энергии и развитие солнечной фотоэлектрической энергетики в Туркменистане
Атомная энергетика встречает активное неприятие населения в связи с возможностью тяжелых аварий с радиационными загрязнениями больших территории [2-4,17,41]. В промышленно развитых странах энергопотребление в последние время либо уменьшалось, либо его рост существенно замедлился. В связи с этим планирование строительства новых крупных электростанций связано с большой неопределенностью, а следовательно, с риском. Энергетические компании предпочитают наращивать мощности путем строительства сравнительно небольших энергетических блоков, а это характерно для возобновляемых источников энергии (ВИЭ) см. рис. 1.5. [46,68]. Некоторые промышленно развитые страны (типичный пример - Япония) практически не имеют собственных ресурсов органического топлива и базируют свою энергетику на импортных поставках его. Это снижает энергетическую безопасность страны и заставляет ориентироваться, по возможности, на местные энергетические ресурсы, каковыми являются ВИЭ.
Для развивающихся стран характерен дефицит больших капиталовложений, исключающий сооружение крупных традиционных электростанций. В тоже время установки с ВИЭ, как правило, имеют модульный характер и позволяют вводить в строй сравнительно малые мощности, наращивая их по мере необходимости.
В развивающихся странах большая доля населения живет в сельской местности в сравнительно мелких поселениях, далеко отстоящих друг от друга. В этих условиях создание энергетических систем по типу, сложившемуся в промышленно развитых странах, когда электроэнергия вырабатывается на крупных электростанциях и доставляется в районы с высокой плотностью населения по линиям электропередачи (ЛЭП), оказывается нерентабельным. Создание автономных энергоустановок малой мощности, базирующихся на ВИЭ, снабжающих местных потребителей, имеет очевидное преимущество.
Это последнее обстоятельство характерно и для некоторых отдаленных районов пустынной зоны Туркменистана, составляющей более 40 млн. га, где проживают животноводы, работники нефтяных и газовых месторождений, железнодорожники и др. Эти районы, где, по некоторым оценкам, сегодня проживает более 100 тыс. человек, не подключены к системам центрального электроснабжения. Для них обеспечение электроэнергией, а в некоторых случаях, и теплоснабжение на базе ВИЭ является решением огромной социальной проблемы и условием устойчивого развития [25,39,62,94-96].
Состояние возобновляемых источников в мире. Толчком к интенсификации работ по внедрению ВИЭ в практику явились известные нефтяные кризисы 70-х годов прошлого столетья. В это время цены на нефть, а вслед за ними и на другие ископаемые топлива поднялись, и казалось, что они будут расти и в дальнейшем. Импорт нефти был затруднен, и возникла проблема энергетической безопасности стран-импортеров энергоносителей.
Но и в последнее время, несмотря на то, что цены на традиционные топлива на мировом рынке значительно ниже ожидавшихся, интерес к ВИЭ не угас, хотя основные аргументы в их пользу несколько изменились. Большинство промышленно развитых стран сегодня имеют государственные программы по разработке усовершенствованного оборудования, использующего ВИЭ, крупные компании организуют производство этого оборудования, создают установки под ключ и организуют их сервисное обслуживание [43,46,49,94]. Рис. 1.5. Возобновляемые источники энергии
Солнечная энергия. Использование солнечной энергии сегодня сводится в основном к производству низкопотенциального тепла с помощью простейших плоских солнечных коллекторов. Например, в США в 1990 г. из 3.6 млн. ГДж энергии, произведенной за счет солнечной радиации, 3.5 млн. ГДж представляет собой низкопотенциальное тепло, использованное для горячего водоснабжения, подогрева воды в плавательных бассейнах и, в меньшей степени, для отопления. В Израиле действует закон, требующий, чтобы каждый дом был снабжен солнечной водонагревательной установкой [41-43].
Солнечная электрическая станция (СЭС) мощностью 300 МВт была построена в Калифорнии. СЭС построена по принципу: поле размещенных на уровне земли зеркал-гелиостатов, следящих за солнцем, отражает солнечные лучи на приемник-ресивер, установленный на верху достаточно высокой башни; ресивер представляет собой по существу солнечный котел, в котором производится водяной пар средних параметров, направляемый затем в стандартную паровую турбину.
Второй проект станция - башенная СЭС PHOEBUS [3] реализуется немецким консорциумом. Проект предполагает создание демонстрационной гибридной (солнечно-топливной) СЭС мощностью 30 МВт с объемным ресивером, в котором будет подогреваться атмосферный воздух, направляемый затем в паровой котел, где производится водяной пар, работающий в цикле Ранклина. На тракте воздуха от ресивера к котлу предусматривается горелка для сжигания природного газа, количество которого регулируется так, чтобы в течение всего светового дня поддерживать заданную мощность. Расчеты показывают, что, например, для годового прихода солнечного излучения 6,5 ГДж/м2 (близко к тому, что характерно для некоторых южных районов России) эта СЭС, имеющая суммарную поверхность гелиостатов 160 тыс.м2, будет получать 290,2 ГВт ч/год солнечной энергии, количество энергии, внесенной с топливом, состоит 176,0 ГВт ч/год. При этом СЭС выработает в год 87,9 ГВт ч электроэнергии со среднегодовым КПД 18,8%. При таких показателях стоимость электроэнергии, вырабатываемой СЭС, ожидается на уровне ТЭС на органическом топливе [47,48,68,94].
Интересный проект был разработан в Австралии для Олимпиады 2000 г. в районе Сиднея. Местный Олимпийский комитет решил сделать эти игры "зелеными", для чего, в частности, в Олимпийском комплексе предполагалось соорудить солнечную ТЭЦ с термодинамическим циклом преобразования. В основу проекта положены линейные концентраторы, изготовляемые из плоских или слабо искривленных зеркал. Они концентрировали солнечное излучение (степень концентрации 10-15) на ресивер из вакумированных труб, внутри которых была расположена тонкостенная трубка-абсорбер, снабженная весьма совершенным селективным покрытием. От абсорбера тепло передастся тепловыми трубками к парогенератору, где производится водяной пар. Перегрев пара до температуры 330 С осуществляется путем сжигания некоторого количества природного газа. Тепло после турбины используется для обогрева Олимпийского бассейна и других объектов.
В последнее время в мире повысился интерес к установкам, непосредственно преобразующим солнечную радиацию в электроэнергию с помощью фотоэлектрических установок (ФЭУ). Стоимость, электроэнергии, вырабатываемой фотоэлектрическими установками, сегодня выше, чем СЭС с тепловым циклом. Тем не менее, ФЭУ активно внедряются как и в развитых, так и в развивающихся странах. При этом можно проследить две противоположные тенденции.
Исследование электрических параметров солнечных фотоэлектрических установок при неравномерном освещении
В последние годы большое внимание уделяется созданию солнечных домов, выполненных в виде полусферы или полуцилиндра. Целью расчета является определение зависимости электрической мощности СФС от размеров СФМ.
Рассмотрим сферическую солнечную фотоэлектрическую станцию, состоящую из модулей, соединенных параллельно. Каждый модуль с линейным размером ам и площадью aj выполнен из с коммутированных последовательно СЭ и имеет напряжение, равное рабочему напряжению СФС. В частности, в качестве СФС можно рассматривать совокупность СФМ на наружной поверхности солнечного дома, а также объемный датчик или преобразователь солнечного излучения.
Первая в СССР солнечная водоподъемная установка мощностью 300 Вт была создана и испытана в Туркменистане д.т.н. профессором Б.В. Тарнижевским в 1964 году [30].
Солнечная фотоэлектрическая водоподъемная установка (СФВУ) предназначена для подъема воды из колодцев глубиной до 30м. Разработанная и созданная конструкция СФВУ на экспериментальной базе
Схема солнечной фотоэлектрической водоподъемной установки. Для энергопитания фотоэлектрической водоподъемной станции использовали модули СБ, вырабатывающие постоянный ток напряжением 12 В. Суммарная мощность солнечных элементов составляла 300-500 Вт. Поскольку в ночное время и пасмурные дни солнечная радиация отсутствует, в качестве дублирующего элемента был предусмотрен блок аккумуляторных батарей (АБ), который при наличии солнечной радиации постоянно подзаряжается от солнечных фотоэлементов.
Для водоподъема используется насос типа «Малыш», работающий от сети переменного тока с напряжением 220 В. Для получения такого напряжения используется инвертор, преобразующий постоянное напряжение 12 В от солнечных батарей в переменное с напряжением 220 В. Мощность инвертора должна составлять не менее 500 Вт и соответствовать мощности водоподъемной установки (ВПУ).
Для сбора воды предусмотрен бассейн, который постоянно заполняется водой, отдаваемой насосом из колодца. По мере заполнения бассейна, система автоматики отключает привод СФВУ.
Данная компоновка солнечной водоподъемной установки позволяет полностью обеспечить водой как животных, так и пастухов. При необходимости солнечные фотобатареи можно использовать, как источник электроснабжения для бытовых нужд чабанских семей. Преимущества: длительный срок службы солнечной фотоэлектрической установки, возможность аккумулировать электрическую энергию и водоснабжение пастбищного животноводства, одновременно решение экологических, экономических и социально - бытовых вопросов при освоении пустынных территорий Туркменистана [70-71]. Данная установка отличается тем, что в ней не используется ленточный водоподъемник.
Предлагаемая ВПУ состоит из насоса типа «Малыш», всасывающей трубы и напорного трубопровода, отводящего из насоса жидкость к емкости с водой (бассейн). В нижней части всасывающей трубы имеется фильтр, предохраняющий всасывающую трубу от попадания посторонних предметов и обратный клапан, необходимый для заливки насоса жидкостью перед пуском и предупреждающий обратное движение жидкости в случае остановки насоса.
Работа насосов характеризуется объемом подачи воды, высотой всасывания, напором, мощностью и КПД, которые обычно указываются в паспортных данных завода - изготовителя. На территории Туркменистана имеются колодцы различной глубины и дебита. Исходя из этих данных, необходимо подбирать соответствующий насос. С этой целью были проведены расчеты и построен график зависимости нагрузочной мощности насоса от напора при различных уровнях его производительности (рис.2.8).
Состав и параметры солнечной водоподъемной установки. Установка предназначена для подъема воды из водоисточников с глубиной залегания до 30 м и более метров и применяется для водоснабжения садово-огородных и дачных участков, приусадебных и фермерских хозяйств, отгонных пастбищ и других объектов.
Мобильная фотоэлектрическая сшги (ия.Мобильная фотоэлектрическая станция (МФС) разработана в ВИЭСХ и является автономным источником электропитания. МФС может быть использована как в полевых условиях, так и для электроснабжения стационарных потребителей. МФС предназначена для зарядки аккумуляторов, питающих нагрузку (контроллеры заряда, обеспечивающие защиту аккумуляторов от перезарядка и глубокого заряда, в комплект поставки не входят).
Принцип действия МФС основан на прямом преобразовании солнечного излучения в электричество при помощи солнечных элементов (СЭ) из монокристаллического кремния.
МФС состоит из 4-х модулей солнечных батарей (СБ), сборно-разборной опорной конструкции и кабеля для межмодульной электрической коммутации. Модули СБ представляют собой складную конструкцию, обеспечивающую удобство транспортирования и хранения. Используемые в модулях СЭ защищены от воздействия окружающей среды и механических повреждений; с лицевой стороны -прозрачной светостойкой пленкой, а с тыльной стороны - жесткой подложкой. Электрические характеристики модулей рассчитаны на заряд аккумуляторов, питающих нагрузку номинальным напряжением 12 В. Такие модули могут быть использованы в качестве самостоятельных источников электроэнергии. Опорная конструкция состоит из рамы, в которой с помощью натяжных устройств устанавливаются модули СБ, и двух пар опор, которые позволяют регулировать угол наклона рабочей поверхности МФС к горизонту [47-49]. С помощью кабеля возможна коммутация всех модулей, параллельно для зарядки аккумуляторов током с номинальным напряжением 12 В или последовательно параллельно - для напряжения 24 В. Для обеспечения напряжения 48 В все модули соединяют собственными токовыводами в последовательную цепь.
Экономическая эффективность от внедрения солнечных фотоэлектрических станций на отгонных пастбищах Туркменистана
Разработанные солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ) могут найти практическое применение, например, для механизации водоподъема на водопойных пунктах пастбищ отгонного животноводства в пустынных районах, что для Туркменистана имеет большое экономическое значение.
Исследование возможностей и условий использования солнечной энергии для решения этой проблемы, определение мощности, производительности и других параметров солнечных водоподъемных установок, а также масштабы их применения в хозяйстве Туркменистана являются весьма актуальной задачей. Таблица 3.6. Обеспеченность колодцев средствами механизации водоподъема в Туркменистане.
Наименование областей(велаятов) Отношение механизированных колодцев к их общему числу в %
Ахалской области (велаяте) Марыйской области (велаяте) Лебапской области (велаяте) Дашогузской области (велаяте) Балканской области (велаяте) 42.5 69.0 52.2 50.0 50.3
Как видно из таблицы 3.6. причинами низкой механизации водоподъема является, с одной стороны, значительная удаленность водопойных пунктов друг от друга (примерно 10-15 км), где дорожная сеть развита слабо и передвижение транспорта связано с большими трудностями. В этих условиях использование при сокращенных сроках службы двигателей внутреннего сгорания и бензоагрегатов для целей водоподъема нецелесообразно, так как обслуживание их, подвоз топлива и смазочных материалов по трудно проходимым дорогам требует больших затрат. С другой стороны строительство высоковольтной линии электропередачи не рентабельно из-за малой плотности нагрузки, так для 76% всех водоисточников полезная мощность на водоподъем не превышает 80 Вт.
В настоящее время нет возможности протянуть линии электропередачи и строить понижающие подстанции к каждому потребителю в пустынных районах. Например, в Туркменистане необходимо обеспечить энергией свыше 5000 водопойных пунктов и подвести к каждому из них линию электропередачи - задача очень сложная.
В этих условиях применение солнечных фотоэлектрических станций в качестве источника питания, по-видимому, будет более эффективным. Таким1 образом, исключаются все проблемы, связанные с транспортированием топлива и энергии. Предпосылками этого является большое число солнечных дней на территории Каракумов (до 240-300 дней в году) и высокая интенсивность солнечного излучения (до 1000 Вт/м2).
Механизация водоподъема для обеспечения пастбищ отгонного животноводства является для Туркменистана весьма важной народнохозяйственной задачей. Исследование возможностей и условий использования солнечной энергии для решения этой проблемы представляет не только большой научный, но и практический интерес.
Независимый производитель энергии или собственник электростанции, взявший кредит в банке на осуществление проекта, планирует вернуть кредит с учетом процентов и получить дополнительный доход.
Инвестор ожидает, что доход и прибыль, полученные в результате осуществления проекта, будут выше, чем доход и прибыль, полученные при хранении денег в банке за счет банковских процентов или полученные при инвестиции в другие проекты.
Простейшим вариантом является покупка и установка солнечной фотоэлектрической станции для энергоснабжения фермы или частного дома и включение ее в энергосистему [32]. Энергетическая компания покупает электроэнергию у владельца дома и в дневное время в часы пика нагрузки по более высокой цене. Владелец СФЭС покупает электроэнергию у энергетической компании в ночное время по более низкой цене. В результате владелец получает доход в течение п лет работы электростанции. Стоимость электроэнергии включает все затраты за п лет осуществления проекта:
Капитальные затраты включают разработку, конструирование, изготовление и монтаж электростанции. В общем случае капитальные затраты могут включать строительство завода для производства солнечных фотоэлектрических модулей и других компонентов электростанций.
Эксплуатационные расходы - есть сумма всех ежегодных расходов на обслуживание, включая зарплату операторов, инспекции, страховку, налоги, небольшой текущий ремонт с заменой мелких деталей. Стоимость энергии и топлива включает суммарные ежегодные затраты на покупку топлива для работы электростанции. Для солнечных, ветровых и гидравлических электростанций эта составляющая затрат равна нулю, за исключением гибридных электростанций с резервным дизель=электрическим генератором.
Сзам - стоимость заменяемых компонентов за время службы электростанции, например, аккумуляторов. Остаточная стоимость - есть балансовая стоимость электростанции в год окончания проекта. Обычно остаточная стоимость вычисляется из стоимости всех затрат, если иные условия не оговорены в проект. Член «+Сост» в формуле 3.16 означает, что после п лет эксплуатации электростанция будет передана бесплатно покупателю электроэнергии.
Рассмотрим наиболее общий случай инвестиционного проекта. Министерство энергетики или крупная энергетическая компания объявляет тендер на закупку 10 млрд. кВт ч электроэнергии от солнечной электростанции по фиксированной цене 0,15 доллУкВт ч в течение 20 лет. В этом случае гарантия правительства и уполномоченного банка составляет 1,5 млрд. долл. На срок 20 лет. Под эту гарантию фирма, выигравшая тендер, берет кредит в банке под определенный процент и осуществляет закупку оборудования, строительство под ключ и эксплуатацию указанной электростанции в течение 20 лет. Предположим, что по условию тендера фирма обязана передать электростанцию бесплатно Министерству энергетики или энергетической компании по окончанию срока проекта, то есть через 20 лет. В этом случае фирма должна окупить все свои расходы, включая оплату процентов по кредиту за n = 20 лет и получить прибыль за счет разницы между продажной ценой и себестоимостью производимой электроэнергии.
По рассчитанному тарифу Спрод определяются регионы, где тариф за электроэнергию равен или больше Спрод. В этих регионах проект будет прибыльным для инвестора или владельца электростанции [32]. Национальным планом действий по охране окружающей среды (НПДООС) определены направления и задачи природоохранной политики Туркменистана и составлен план долгосрочных мероприятии. Одно из направлений дальнейшего развития Туркменистана базируется на комплексном решении экономических, экологических и социальных вопросов в освоении пустыни Каракум [39,54].
В пустыне Каракум остро ощущается нехватка пресной питьевой воды. Водоподъемника в Каракумах можно с успехом использовать круглогодично для пастбища 2000 овец и верблюдов, а также для выращивания как бахчевых, так и других сельскохозяйственных культур [61]. См. фотографию в приложении.
Сейчас пустынные пастбища Каракумов со средней кормовой продуктивностью около 1,0 - 1,3 ц/га, пригодны, главным образом, для отгонного животноводства. Пункты по откорму скота расположены во всех областях (велаятах). Условия жизни людей и содержания скота на этих пунктах отличаются друг от друга несущественно, главным образом, это зависит от близости источника воды и ее качества, а также климатических особенностей данной области (велаята)[62].
Использование автономных энергетических установок на базе солнечных фотопреобразователей позволит поднимать воду из колодцев глубиной 30 - 250 м и более. Эту воду можно и опреснять с помощью электродиализных, опреснительных установок.
Законодательное обеспечение развития солнечной энергетики в Туркменистане
В конце XX столетия мировое потребление первичных энергетических ресурсов составило 11 млрд. тонн нефтяного эквиваленте (т.н.э.), а доля используемых возобновляемых энергоресурсов (ВИЭ) не превышала 20 % (биомасса -12 %, гидроэнергия -6 %, солнечная, ветровая и другие возобновляемые энергоресурсы -менее 2 %). При сохранении существующих темпов роста и традиционных способов потребления энергии, мировое энергопотребление достигнет к 2050 году 25 млрд. т.н.э., что приведет к катастрофическим последствиям истощению природных ресурсов и потеплению климата [ 42 ]. Человечество может избежать эту катастрофу, если оно освоит технологии использования солнечной энергии и сочетать использование возобновляемых источников энергии с природными энергоресурсами [34,38].
Энергообеспечение большинства пустынных территорий Туркменистана, где проживают животноводы, нефтяники, газовики, железнодорожники и др., осуществляется за счет дизельных и бензиновых электростанций, привозного керосина и газа в баллонах, древесного топлива.
Указанная категория людей является потенциальным потребителем солнечной и других возобновляемых источников энергии. Развитие гелиоэнергетики на пустынных территориях позволит решить ряд социальных проблем улучшения качества жизни населения, ускорить развитие сельского хозяйства, в том числе животноводства.
Руководящие принципы, использованные в законодательстве, содержатся в Национальном плане действий по охране окружающей среды (НПДООС), где определены направления и задачи природоохранной политики Туркменистана и составлен план долгосрочных мероприятий. Главное направление дальнейшего развития Туркменистана базируется на комплексном решении экономических и социальных программ в сочетании с бережным отношением к природе.
Экологическая стратегия. Новая тенденция развития мировой энергетики -увеличение доли децентрализованного производства электрической и тепловой энергии экологически чистыми электростанциями безусловно придет и в страны СНГ, в том числе Туркменистан. Число крупных экологически опасных электростанций будет постепенно сокращаться. Это прежде всего требование Киотского протокола по снижению выбросов парниковых газов, с другой стороны, децентрализация поставок топлива и энергии увеличивает энергетическую безопасность регионов и страны в целом [35,47,48]. Туркменистан ратифицировал Конвенцию ООН об изменении климата и Конвенцию по борьбе с опустыниванием. Начиная с 1996 г ведется интенсивная работа по реализации Национальной программы освоения пустынных территорий в Центральных Каракумах, в том числе строительство гелиотехнических установок в пустыне. Кроме того, распределенное и бестопливное производство энергии с использованием местных энергоресурсов снижает затраты и риски стран-импортеров нефти и увеличивает экспортный потенциал стран-экспортеров топливно-энергетических ресурсов. По достигнутым результатам в гелиоэнергетике, технический потенциал низко потенциальной гелиотехники в Туркменистане имеет эквивалент 1.4 109 т у.т. в год, при этом сокращение выбросов составляет СОг 3.4 Пг [87]. Одним из барьеров на пути развития рынка возобновляемых источников является законодательный барьер, который связан с отсутствием законодательных и нормативных актов и экономических регуляторов, обеспечивающих свободную поставку и продажу электроэнергии и энергосистему малыми и независимыми производителями энергии. Отсутствие рынка и конкуренции между производителями электроэнергии, еще более усугубляет его.
Сохранение единой энергетической системы в качестве монополии с контрольным пакетом акций у государства и создание регулируемого рынка производителей и потребителей энергии является необходимые условием. Регулирование объема продаж и перетоков энергии позволит обеспечить потребности в энергии в пиковые часы, сохранить стабильность энергосистемы и снизить потери в сетях [35,47,48].
Ведущие ученые и специалисты по возобновляемой энергетике Стребков Д.С. и Сорокин Н.Т. предлагают при подготовке законов, актов и правил присоединения частных малых энергетических установок к энергосистеме, шире использовать опыт Европейских стран и США [49, 50], в которых: - существуют государственные программы создания пилотных демонстрационных установок; - поощряются совместные предприятия и сотрудничество между электрическими компаниями и фирмами, производящими энергетические установки; - существуют налоговые скидки и субсидии на процентную ставку при покупке в кредит и в лизинг; - осуществляется постоянная поддержка НИОКР, региональных и международных проектов, разработка стандартов по инженерным вопросам, безопасности, сертификации и гарантиям; - организовано обучение и стажировка специалистов всех уровней в рамках образования по возобновляемой энергетике; - привлекается частный капитал через субсидии, специальные цены на электроэнергию, умеренные ставки амортизационных отчислений, создание специальных фондов на развитие чистой энергетики; - законодательно стимулируются предприятия промышленности в расширении производства энергетического оборудования, использовании новых технологий и создании новых рабочих мест; - стимулируется развитие рынка солнечного электричества. Например, при строительстве здания в стоимость здания должна быть включена стоимость солнечных энергоустановок; - активно обсуждается вопрос о включении социальных затрат в стоимость электроэнергии как в топливной, так и в возобновляемой энергетике.
Государственная поддержка развития возобновляемой энергетики заключается не в увеличении расходов бюджетных средств, а в создании благоприятных условий производителям и потребителям оборудования, использующих возобновляемые источники энергии.
Одним из путей преодоления финансовых барьеров является введение налога на эмиссию двуокиси углерода и выбросов энергетических установок и создание специального фонда развития энергетики, который используется на модернизацию и реконструкцию топливных электростанций с целью снижения выбросов, использовать на поддержку НИОКР и демонстрационных проектов по возобновляемым источникам энергии, также для привлечения частных инвестиций на приобретение оборудования возобновляемой энергетики и присоединения к энергосистеме за счет закупки продаваемой частными малыми энергетическими установками энергии по цене в 2-3 раза выше, чем цена электроэнергии в энергосистеме [35,47,48].
