Фотоэнергетика в России
При суммарной установленной мощности солнечных электростанций (СЭС) мира в 2019 году — 510,5 ГВт, термодинамические СЭС имеют установленную мощность 5,5 ГВт. В 2019 году в России термодинамические СЭС отсутствовали, а установленная мощность эксплуатируемых фотоэлектрических станций (ФЭС) составила 1,4 ГВт. Описан российский опыт разработки и эксплуатации термодинамической Крымской СЭС мощностью 5 МВт. Представлен обзор научных исследований по созданию фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) с начала XX века. Указано, что в космической энергетике Россия занимает достойное место в создании арсенид-галлиевых трёхкаскадных ФЭП с КПД до 30%. Описана практика использования космических разработок для наземной энергетики. Лидером исследований по созданию гетероструктурных кремниевых ФЭП является НТЦ тонкоплёночных технологий ГК «Хевел» при ФТИ им. А. Ф. Иоффе. Разработкой арсенид-галлиевых пятии шестикаскадных ФЭП занимается АО «НПП «Квант» (Москва). Производство космических ФЭС сосредоточено в НПП «Квант» и в ПАО «Сатурн» (Краснодар). Исследованием применения ФЭП в наземной энергетике занимается ОИВТ РАН (Москва). Развитие наземных ФЭС было начато в 2013 году с принятием постановления Правительства РФ о дополнительной оплате за установленную мощность и выработку электроэнергии ФЭС. По состоянию на 1 января 2019 года в России работало 63 ФЭС общей установленной мощностью 1,4 ГВт.
Введение
Мировая солнечная электроэнергетика развивается стремительными темпами. За последние десять лет её установленная мощность увеличилась в несколько раз и составила 510,5 ГВт* (по данным ресурса ren21.net). При этом удельная стоимость сооружения солнечных электростанций (СЭС) ежегодно уменьшается. В основе создания СЭС — две основные технологии. Станции с прямым преобразованием солнечного излучения в электроэнергию принято называть фотоэлектрическими (ФЭС или Photovoltaic Power Plant, PV). Они составляют подавляющее большинство (99%) СЭС в мире общей установленной мощностью 505 ГВт*. Вторая, менее распространённая технология преобразования солнечной энергии в тепловую (пар), а затем в электрическую, — Concentrated Solar Power (CSP), лежит в основе термодинамических СЭС. Общая установленная мощность таких СЭС на текущий момент — 5,5 ГВт* (1%). В России в 2019 году термодинамические СЭС отсутствовали, а установленная мощность ФЭС составляла 1394,474 МВт или 0,4% всех мировых СЭС. На фото 1 представлена самая большая в России* Самарская ФЭС установленной мощностью 75 МВт.
Солнечные термодинамические электростанции
В России оба направления солнечной энергетики начали развиваться в XX веке [1]. Основоположником термодинамических СЭС является д.т.н. Борис Петрович Вейнберг (1871–1942). Он был членом Комиссии по изучению естественных производительных сил (КЕСП) России, организованной в 1915 году Императорской Академии наук в Санкт-Петербурге, а также членом Русского отделения Международного союза по исследованию Солнца. Как отмечал первый академиктеплоэнергетик СССР Михаил Викторович Кирпичёв (1879–1955), Б. П. Вейнберг провёл теоретические и проектные изыскания в области применения солнечной аппаратуры для получения пара, горячего воздуха, механической энергии. Он организовал при Томском университете первую в России метеостанцию с измерением солнечной радиации, руководил Главной геофизической обсерваторией в Ленинграде, разработал теорию концентрации солнечного излучения, конструирования солнечных опреснителей. Будучи разносторонним учёным, Борис Петрович участвовал в основании Института по изучению магнитного поля Земли и в его 23 научных экспедициях, в исследованиях по гляциологии (науки о льде), первым в мире в начале XX века запатентовал в США конструкцию поезда на магнитной подушке. После трагической смерти в блокадном Ленинграде его гелиотехнические исследования продолжил сын Всеволод Борисович Вейнберг (1907–1981), который в 1940-е годы исследовал ресурсы СССР по солнечной радиации.
В 1930-е годы гелиотехнические исследования выполнялись в Ленинграде в Физико-техническом институте, Областном теплотехническом институте (ныне ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова»), Оптическом институте, Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского АН СССР (ЭНИН). Со второй половины 1930-х годов, благодаря усилиям академика М. В. Кирпичёва, ЭНИН стал ведущей организацией СССР по солнечной энергетике.
Испанский учёный Федерико Молеро (1908–1969), высококвалифицированный специалист и убеждённый коммунист, в 1940-е годы организовал в ЭНИН лабораторию гелиотехники и разработал теорию создания солнечных концентраторов. В 1949 году по его чертежам в Ташкенте был построен параболоидный концентратор диаметром 10 м, с помощью которого был получен пар с температурой 200°C. В том же году в Москве был проведён Первый гелиотехнический съезд СССР [2], на котором, подводя итоги разработок по СЭС, академик М. В. Кирпичёв, в 1930-е годы имевший опыт совместной работы с А. Ф. Иоффе по фотоэнергетике, заявил, что кардинальное решение проблемы преобразования солнечной энергии — это непосредственное её превращение в электрическую энергию.
Выдающийся руководитель, к.т.н. Юрий Николаевич Малевский (1948–1980), возглавивший гелиотехническую лабораторию ЭНИН в 32-летнем возрасте, обеспечил реализацию многолетних исследований по созданию Крымской термодинамической СЭС-5. Личные связи с руководителями Минэнерго СССР, конструктивные контакты с 15 организациями и ведомствами обеспечили сооружение в 1985 году в составе Крымской АЭС первой в СССР термодинамической СЭС мощностью 5 МВт [3].
Проект станции СЭС-5 был разработан Рижским отделением института «Теплоэлектропроект» (главный инженер проекта — О. А. Ванберг). Гелиостаты были запроектированы ПКБ «Энергостроймеханизация» (ГИП — А. З. Антиславский). На фото 2 представлен макет Крымской СЭС-5.1600 гелиостатов с площадью каждого 25 м² концентрировали солнечное излучение на паровом котле, установленном на специальной башне на высоте 75 м. Из котла пар с температурой 250°C поступал в турбину и обеспечивал выработку электроэнергии. За пять лет опытной эксплуатации СЭС (с 1985 по 1990 годы) была достигнута максимальная мощность в 5,7 МВт. Максимальная годовая выработка электроэнергии составила 726 тыс. кВт·ч [4].
Основным недостатком этой солнечной электростанции была невозможность круглосуточной работы из-за отсутствия проектных баков-аккумуляторов (два по 1000 м³). В 1990 году эксплуатация Крымской СЭС была прекращена, и в дальнейшем в нашей стране термодинамические СЭС не строились.
Исследования и разработки фотоэлектрических преобразователей
Фундаментальные исследования по фотоэлектрическим преобразователям (ФЭП) выполнялись в России в начале XX века выдающимся физиком Абрамом Фёдоровичем Иоффе (1880–1960). В его докторской диссертации «Упругое последействие в кристаллическом кварце», выполненной под руководством Вильгельма Рентгена в 1905 году в Мюнхенском университете, а затем в магистерской диссертации «Элементарный фотоэлектрический эффект. Магнитное поле катодных лучей. Опытные исследования», защищённой им в 1913 году в Санкт-Петербургском политехническом институте, в фундаментальной книге 1927 году «Физика кристаллов» были изложены основные идеи по развитию фотоэнергетики. В созданном им Ленинградском физико-техническом институте в 1930 году была организована полупроводниковая группа, и в число организованных им 13-ти институтов входил Среднеазиатский гелиоцентрический институт в городе Самарканде (на тот момент Узбекская АССР).
Для реализации любой научной идеи нужны личности с особым талантом воплощения идей и формул в реально действующие объекты. Таким выдающимся учёным, организатором науки и производства, которому СССР и Россия обязаны успехами в космической энергетике, был д.т.н., профессор, член-корреспондент АН СССР Николай Степанович Лидоренко (1916–2009). Возглавив в 1950 году в возрасте 34 лет Всесоюзный научно-исследовательский элементно-электроугольный институт (далее — Всесоюзный научноисследовательский институт источников тока — ВНИИТ, затем НПО «Квант»), он руководил разработкой автономных систем энерго-обеспечения советских ракет и космических аппаратов. Знакомство его с академиком А. Ф. Иоффе состоялось у заместителя председателя Правительства СССР М. Г. Первухина в 1951 году, когда Н. С. Лидоренко была поручена организация производства термоэлектрических источников электропитания.
В 1957 году Ленинградским институтом полупроводников АН СССР (под руководством А. Ф. Иоффе), Московским физическим институтом им. П. Н. Лебедева АН СССР (ФИАН), Государственным научно-исследовательским и проектным институтом редкометаллической промышленности (Гиредмет) был изготовлен и передан во ВНИИТ опытный экземпляр ФЭП из монокристаллического кремния площадью 0,5 см² [5].
На его основе Н. С. Лидоренко организовал производство ФЭП, которые в мае 1958 года впервые в СССР были установлены на третьем искусственном спутнике Земли «Спутник-3″ (фото 3). Все последующие советские космические аппараты были оснащены ФЭП отечественного производства.
Наземное применение ФЭП было начато в 1964 году в Туркмении, где д.т.н. Б. В. Тарнижевский после перехода из ЭНИН [3] во ВНИИТ разработал и испытал первую в мире ФЭС с концентраторами солнечного излучения мощностью 250 Вт для электропривода оросительных насосов в пустыне Кара-Кум.
Новым принципиально важным этапом в развитии фотоэнергетики было создание в 1969 году впервые в мире в Ленинградском физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе под руководством академика Жореса Ивановича Алфёрова (1930–2019) арсенид-галлиевых ФЭП.
ВНИИТ успешно применил их на космических станциях «Венера-4″, «Луноход-1″ и «Луноход-2″. Эти ФЭП обеспечивали в условиях космоса КПД до 30%, они эффективно работают с концентраторами солнечного излучения. Арсенид-галлиевые ФЭП в 2005 году внедрил в производство на НПО «Сатурн» в Краснодаре член-корреспондент РАН Вячеслав Михайлович Андреев (1941 г.р.). Во ВНИИТ с 1960 по 1987 годы работал Дмитрий Семёнович Стребков (1937 г.р.), разработавший новое научное направление по преобразованию концентрированного солнечного излучения и новый класс матричных высоковольтных ФЭП [7, 8]. С 1975 года он являлся начальником экспериментально-технологического подразделения, заместителем главного конструктора НПО «Квант». Под его руководством в 1990-е годы была создана сетевая ФЭС мощностью 10 кВт с параболоцилиндрическими концентраторами в Ашхабаде, ФЭС с фоконами во Владикавказе, ФЭС с линзами Френеля в Ташкенте [9]. В эти годы НПО «Квант» с численностью сотрудников более 30 тыс. человек включал в себя два НИИ, восемь отделений и базовых лабораторий, три опытных завода, в том числе московский «Фотон» и краснодарский «Сатурн», две СКБ [6].
В 1986 году, после ухода с должности директора НПО «Квант» Н. С. Лидоренко, в другие организации перешли и другие учёные, в том числе Д. С. Стребков, возглавивший ВНИИ электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ). В этой организации, а с 2016 года в Федеральном научном центре ВИМ академик РАН Д. С. Стребков в должности научного руководителя продолжает работы по развитию российской сельской энергетики [9]. Одним из перспективных направлений развития фотоэнергетики является применение ФЭП с концентрируемым солнечным излучением, развиваемое д.т.н. В. В. Харченко [10], В. М. Евдокимовым, Ю. Д. Арбузовым, В. А. Майоровым [11].
Одной из структур НПО «Квант», специализирующейся на разработке и изготовлении устройств фотоэнергетики, стал организованный в 1964 году вначале Краснодарский филиал ВНИИТ, затем опытный завод, а с 1987 года — НПО «Сатурн». Н. С. Лидоренко на должность директора филиала назначил Юрия Николаевича Кулагина, до этого успешно работавшего начальником отдела гелиотехники и промышленной энергетики ПКБ «Пластмаш» в городе Краснодаре. На территории Геленджикской лаборатории ВНИИТ была построена самая мощная в СССР в то время ФЭС в 30 кВт, а за четыре года в Краснодаре был построен опытный завод ВНИИТ, на котором в 1972 году была изготовлена первая солнечная батарея для космического аппарата «Стрела-1″. К 1987 году филиал ВНИИТ и опытный завод были объединены в НПО «Сатурн», производство ФЭП достигло 800 м² в год.
В 1980-е годы НПО был реализован проект «Солнечная деревня» в посёлке Черноморском, в 40 км от города Краснодара. Были построены пять коттеджей, на кровле которых были установлены солнечные батареи мощностью по 3,5 кВт.
Научными лидерами «Сатурна» с 1985 по 1992 годы в развитии космической и наземной фотоэнергетики были Юрий Владимирович Скоков (1938–2013), директор НПО «Сатурн», и его заместитель по научно-техническому развитию Марат Борисович Закс (1944 г.р.). В 1992 году он вместе с коллективом разработчиков ФЭМ создал первую в России частную научно-производственную фирму «Солнечный ветер». На основе списанного с «Сатурна» оборудования и приборов группа энтузиастов открыла в Краснодаре цех, в котором производила изготовление ФЭП и модулей. В 2003 году фирма производила в год до 1 МВт двухсторонних ФЭМ, а к 2010-му — до 5 МВт.
Выполнялись также проектирование и монтаж ФЭС «под ключ». В качестве примера ФЭС, построенной в 2004 году ООО «Солнечный ветер», можно привести энергокомплекс в горах у города Горячий Ключ Краснодарского края для электропитания станции сотового оператора «Билайн» с пиковой мощностью ФЭС 8,5 кВт, работающий до настоящего времени. Замена аккумуляторов была произведена только через 12 лет эксплуатации. При сооружении ФЭС мощностью 10,5 кВт для электропитания станций сотовых операторов «МТС» и «Билайн» на плато Лаго-Наки в горах Адыгеи «Солнечный ветер» в 2007 году применил двухсторонние ФЭМ по технологии НПО «Сатурн». ФЭС мощностью до 400 кВт были построены этой фирмой также в Чехии и Германии.
В настоящее время основным российским производителем космических ФЭС являются АО «НПП «Квант» (Москва), входящее в состав АО «Информационные спутниковые системы им. академика М. Ф. Решетнева» государственной корпорации (ГК) «Роскосмос», и ПАО «Сатурн» в Краснодаре. НПП «Квант», являясь родоначальником отечественной фотоэнергетики, разработало и произвело солнечные батареи для 1500 космических аппаратов. На предприятии были созданы новые структуры для наземного применения и повышения КПД кремниевых солнечных элементов с продолжительностью эксплуатации свыше 25 лет. Производится пять кремниевых фотоэлектрических модулей наземного применения типа КСМ номинальной мощностью от 180 до 210 Вт с эффективностью до 19%. ПАО «Сатурн» с 1971 года произвело 20 тыс. м² фотоэлектрических преобразователей и оснастило ими 1200 космических аппаратов. Предприятием изготавливаются фотоэлектрические преобразователи на основе кристаллического кремния с эффективностью до 15,5% и по собственной технологии арсенид-галлиевые ФЭП эффективностью до 28%.
Современные фотоэлектрические исследования
В настоящее время теоретические исследования по созданию новых ФЭП выполняются ФТИ им. А. Ф. Иоффе, а технологии их изготовления разрабатываются в научно-техническом центре ГК «Хевел», созданном при ФТИ. НПП «Квант» продолжает разработки кремниевых структур для космической энергетики. Для этих же целей НПО «Сатурн» (Краснодар) совершенствует арсенид-галлиевые ФЭП.
Исследования по фотоэлектрической энергетике проводятся в Объединённом институте высоких температур (ОИВТ) РАН под руководством д.т.н. О. С. Попеля. В его книге [12] изложены основные принципы развития фотоэнергетики с учётом специфики нашей страны. Анализ современных технологий изготовления ФЭП применительно к российскому рынку представлен д.т.н. О. С. Попелем и соавторами в статьях [13, 14, 16, 17], а также к.г.н. К. С. Дегтярёвым [15].
В ОИВТ развивается весьма перспективное направление — фотоэлектрические электростанции, как альтернатива солнечным тепловым установкам [18]. Отмечено доминирование кристаллического кремния и его перспективы в обозримом будущем.
В России в настоящее время отсутствует полный технологический цикл создания кремниевых ФЭП: получения кристаллического кремния в моноили мультикристаллических слитках, резка слитков на пластины, травление, легирование, просветление, формирование электронных контактов, сборка параллельнопоследовательных модулей, ламинирование, остекление и изготовление корпусов. Лидирующая в космосе технология арсенид-галлиевых ФЭП освоена в России, но слишком дорога для наземной энергетики. Тонкоплёночные технологии с нанесением прозрачного слоя проводящего покрытия на стекло или фольгу, разделение плёнки на отдельные ФЭП, формирование слоёв с pи n-проводимостью, нанесение скрайбирования повторного слоя проводящего материала не получили широкого распространения.
В Лаборатории ВИЭ МГУ им. М. В. Ломоносова разработана геоинформационная система «Возобновляемые источники энергии» [19]. Исследования по солнечной радиации к.т.н. С. В. Киселёвой совместно с ОИВТ РАН положены в основу Атласа солнечной радиации [20]. Общепризнанным специалистом по экономике ФЭС является к.г.н. К. С. Дегтярёв [15].
Ведущей российской научной организацией по разработке ФЭМ по гетероструктурной технологии в настоящее время является НТЦ тонкоплёночных технологий «Хевел» при ФТИ им. Ф. А. Иоффе. Отличительная особенность данной технологии — Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer Technology (HJT) — плазмохимический метод нанесения наноплёнок аморфного кремния поверх кристаллического кремния.
Главным научным изданием по фотоэнергетике в странах СНГ является издаваемый с 1965 года в городе Ташкенте международный журнал «Гелиотехника» на русском языке или Applied Solar Energy — на английском. Журнал выпускается НПО «Физика-Солнце» Физико-технического института АН Республики Узбекистан. Главный редактор — д.т.н. Нифалур Раббакуловна Авезова, дочь знаменитого д.т.н. Р. Р. Авезова [1].
В наземной фотоэнергетике выделяют два основных вида систем: автономные и сетевые. Автономные ФЭС имеют существенные отличия от сетевых. В России имеется 20-летний опыт их сооружения. Кроме постсоветского опыта их создания в ООО «Солнечный ветер» в Краснодарском крае, в современной России они широко применяются небольшими частными фирмами, объединёнными в некоммерческое партнёрство «Зелёный киловатт». АО «Сахаэнерго» ГК «Русгидро» в Якутии построило 18 автономных ФЭС, в том числе самую мощную — Батагайскую (1 МВт) в Верхоянском улусе. Особенностью солнечной радиации в Якутске является её наличие круглые сутки только в летние месяцы.
На Дальнем Востоке ООО «Авелар Солар Технолоджи» реализует проект создания 100 автономных ФЭС для сельских поселений. Эта же компания предлагает для односемейных жилых домов комплект оборудования в составе шести фотоэлектрических модулей общей мощностью 1,7 кВт, аккумуляторов 7,2 кВт·ч и инверторного блока.
Космическая фотоэнергетика
Лидером по разработке современных космических фотоэлектрических технологий в России является АО «НПП «Квант», перспективы которого в статье [5] представил д.т.н. Мадлен Борисович Каган (1935 г.р.). Указаны следующие важнейшие принципиальные достижения:
- создание оригинальной элионной технологии n—p—p+-структур кремниевых фотоэлектрических преобразователей;
- разработка и производство кремниевых фотоэлектрических преобразователей с двухсторонней чувствительностью;
- создание технологии изготовителя фотоэлектрических преобразователей на основе арсенида галлия.
М. Б. Каган констатирует, что современные требования к энергетике космических аппаратов (максимальная выходная мощность свыше 10 кВт. ФЭС, срок активного существования свыше 15 лет, минимальная деградация рабочих характеристик) обуславливают мировую тенденцию в космической энергетике — интенсивное развитие наногетероструктурных каскадных ФЭП на основе арсенида галлия и других соединений элементов третьей и пятой групп Периодической системы химических элементов (таблицы Менделеева) на инородной подложке с применением технологии MOCV13 (90% мировых производств).
Современная трёхкаскадная технология изготовления арсенид-галлиевых ФЭП НПП «Квант» предусматривает нанесение до 30 слоёв, половина из которых являются наноразмерными с использованием технологии MOC-гидридной газофазной эпитаксии. Эффективность каждого слоя возрастает с применением дополнительного верхнего слоя каскада «окна», которое приводит к снижению уровня рекомбинации на поверхности каждого каскада. Кроме наногетероструктуры конструкция арсенид-галлиевых фотоэлектрических преобразователей содержит многослойные токосъёмные контакты и функциональные покрытия.
Перспективы развития создания ФЭП связаны с переходом на четырёх-, пятии шестикаскадные структуры для повышения КПД до 32–35%, использованием облегчённой подложки (кремний, стекло) для повышения удельной энергомассовой характеристик ФЭП и расширения спектрального диапазона и введением в структуру ФЭП специальных слоёв для снижения радиоактивного воздействия и повышения срока активной службы свыше 15 лет. Промышленное освоение пятии шестикаскадных структур с согласованной решёткой и метаморфные ожидается в 2020–2030 годах.
В табл. 1 по данным [5] представлены оценки удельных энергомассовых характеристик современных и перспективных фотоэлектрических преобразователей.
Наземные сетевые фотоэлектрические станции
Современный российский рынок наземной сетевой фотоэнергетики был создан после принятия Постановления Правительства РФ 23 января 2015 года №47-ПП, которое обеспечило субсидирование сооружение ФЭС мощностью свыше 5 МВт. Инвесторы ФЭС получают долгосрочные договоры на поставку мощностей (ДПМ) на оптовом рынке России после отбора их проектов на конкурсной основе. В отличие от европейских тендерных условий, данная схема предлагает победителям плату и за мощность, и за выработку электроэнергии в мегаватт-часах.
В соответствии с ДПМ потребители оптового рынка обязаны в течение 15 лет (срок действия договоров) выплачивать регулируемое вознаграждение за отпущенную мощность по льготным тарифам. Такие конкурсы проводятся регулирующим органом (администратором торговой системы, АТС) — ежегодно при участии Совета рынка и «СО ЕЭС». В первом туре проекты отбираются по двум критериям: максимальные капитальные затраты на 1 кВт и по требованиям локализации. В 2020 году максимально допустимые капитальные затраты ФЭС составили 103157 руб. за 1 кВт, а максимально допустимые расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание — 2880 руб. за 1 кВт в год. На 2020 год степень локализации установлена в 70%. Постановление №47-ПП обязывает региональные сетевые компании закупать электроэнергию, произведённую ФЭС для компенсации до 5% прогнозируемых потерь в электросетях. Во втором туре отбор производится по минимальным капитальным затратам на реализацию проекта. Победившая организация получает гарантии стабильной рентабельности и выгодные тарифы на электроэнергию, но обязана завершить строительство ФЭС и обеспечить требования по локализации. ФЭС должна также иметь коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) в течение года не менее 0,14.
В России имеются три основных производителя и эксплуатанта сетевых ФЭС. Основанная в 2009 году российскими инвесторами группа компаний (ГК) «Хевел» через ООО «Авелар Солар Технолоджи» и ООО «Грин Энерджи Рус» владеет 19-ю ФЭС с суммарной мощностью 611,5 МВт (43,17%). Основное производство ГК «Хевел» до 340 МВт в год находится в городе Новочебоксарске (Республика Чувашия). Проектирование и монтаж ФЭС выполняет ООО «Авелар Солар Технолоджи». Эксплуатацией СЭС занимаются ООО «Авелар Солар Технолоджи» и ООО «Грин Энерджи Рус».
На втором месте частная компания ПАО «Т-Плюс», владеющая семью фотоэлектрическими станциями с суммарной мощностью 250 МВт (17,9%). Значительная часть российского рынка сооружения сетевых ФЭС принадлежит ООО «Солар Системс», учредителем которой является китайская компания Amur Sirius Power Equipment Co., Ltd.
Изготовление кремниевых пластин производится на заводе ООО «Солар Кремниевые Технологии» в городе Подольске. Кремниевые пластины из Подольска направляются в Китай и в виде готовых ФЭП возвращаются на завод ООО «Солар Кремниевые технологии» в Подольске, где изготавливают фотоэлектрические модули (ФЭМ).
В табл. 2 представлены характеристики российских сетевых СЭС суммарной установленной мощностью 1394,475 МВт, по данным их государственной квалификации по сайтам их владельцев.
Наиболее крупными компаниями, владеющими сетевыми СЭС, являются следующие: ООО «Авелар Солар Технолоджи» (422,5 МВт в Оренбургской, Саратовской, Волгоградской областях, Республиках Алтай и Башкортостан, Бурятии); ООО «Солар-Системс» (230 МВт в Оренбургской, Астраханской, Самарской областях и в Ставропольском крае); а также территориальная генерирующая компания (ТГК) ПАО «Т-Плюс» (250 МВт в Оренбургской области). Данные об остальных владельцах предоставлены в табл. 3.
Финансовые результаты эксплуатации в 2017 году двух сетевых СЭС в Башкортостане, по данным [21], представлены в статье [22]. Бурибаевская и Бугульчанская СЭС имеют установленные мощности 20 и 15 МВт, соответственно. Удельные затраты на поставку ФЭП без учёта монтажа составили 50 млн и 120 млн руб. за 1 МВт, соответственно. Для первой из них ООО «Авелар Солар Технолоджи» применил кремниевые фотоэлектрические модули ГК «Хевел». При сооружении второй из них ПАО «Т-Плюс» использовало ФЭМ AST 245 multi.
Эксплуатационные годовые затраты с содержанием на каждой СЭС (по два электромонтёра, четыре диспетчера и одного тракториста) составили 4,94 млн и 6,31 млн руб., соответственно. Фактическая выработка электроэнергии Бурибаевской СЭС за 2017 год составила 23887 тыс., а Бугульчанской — 16847 тыс. киловатт-час, а выручка — 681997 тыс. и 523393 тыс. руб., соответственно.
Таким образом, стоимость реализованной электроэнергии составляла около 30 руб. за 1 кВт·ч. При указанных выше значениях удельных инвестиционных затрат с учётом проектных и монтажных работ (коэффициент 1,35) полная стоимость сооружения Бурибаевской СЭС составит 1,3 млрд, а Бугульчанской СЭС — 2,34 млрд руб. При указанном значении выручки 2017 года простой срок окупаемости первой из них составит около двух лет, второй — около пяти лет.
Выводы
1. Российская научная гелиотехническая школа с начала XX века развивалась по двум основным направлениям преобразования солнечной энергии в электрическую: термодинамическому и фотоэлектрическому.
2. Лидерами создания термодинамических СЭС были д.т.н. Б. В. Вейнберг, д.т.н. Федерико Молеро. Эксплуатация построенной в 1985 году Крымской СЭС мощностью 5 МВт не подтвердила перспективность создания таких электростанций.
3. Лидерами создания фотоэлектрических станций в Советском Союзе были академик А. Ф. Иоффе, который уже в начале XX века приступил к теоретическим исследованиям, член-корреспондент Академии наук СССР Н. С. Лидоренко, обеспечивший широкое применение ФЭП в космической энергетике в России, академик Ж. И. Алфёров, а также член-корреспондент РАН В. М. Андреев.
4. В России за последние шесть лет (с 2014 года) создан рынок сетевых ФЭС. В 2019 году работали 63 станции общей установленной мощностью 1394,475 МВт. В стране имеется три основных компании, владеющие СЭС: ГК «Хевел» с частным российским капиталом, ПАО «Т-Плюс», также с частным российским капиталом, и ООО «Солар Системс» с китайским капиталом. Две из них в своём составе имеют бывшие советские заводы, все три не имеют полного производственного цикла. Значительная часть технологических операций выполняется в Китае. В основном применяются ФЭП на основе кремния. Арсенид-галлиевые ФЭП не получили распространения по стоимостным показателям. Фактические экономические показатели работающих сетевых ФЭС показывают простую окупаемость от двух лет, что при существующем субсидировании обеспечивает быстрые темпы их развития.
5. Российская космическая энергетика имеет большой опыт, значительные научные заделы и успешную практику адаптации к наземным условиям. Перспективы её определяются новой программой развития ГК «Роскосмос» и созданием системы трансформации военных технологий для гражданский целей.
- Бутузов В. А. Столетний опыт работы российских научных школ солнечного теплоснабжения // Энергия: экономика, техника, экология, 2019. №2. С. 16–29.
- Сессии, съезды, конференции. Первое Всесоюзное совещание по гелиотехнике [Электр. текст]. Режим доступа: nachaucheba.ru. Дата обращ.: 20.04.2020.
- Тарнижевский Б. В. Солнечный круг. Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского: Воспоминания старейших сотрудников / Б. В. Тарнижевский, И. Т. Аладьев и др. — М.: ЭНИН, 2000.205 с.
- Безруких П. П. Исторические этапы и перспективы развития возобновляемой энергетики России // Энергетическая политика, 2005. №5. С. 44–63.
- «Квант»: энергия победы. — М.: Изд-во «МАКД», 2009.184 с.
- Сборник, посвящённый 100-летию Н. С. Лидоренко [Электр. текст]. AO «НПП «Квант». Режим доступа: npp-kvant.ru. Дата обращ.: 20.04.2020.
- Стребков Д. С. Матричные солнечные элементы. Т. 1. Изд. 2-е. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010.119 с.
- Стребков Д. С., Тверьянович Э. В. Концентраторы солнечного излучения. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2007.315 с.
- Стребков Д. С. Технико-экономические показатели солнечных электроустановок // Гелиотехника, 2018. №5. С. 43–48.
- Daus Y. V., Kharchenko V. V. Evaluating the applicability of data on total solar radiation intensity derived from various of actinometric information. Applied Solar Energy. 2018. No. 3. Pp. 17–20.
- Арбузов Ю. Д., Евдокимов В. М., Майоров В. А. Исследование предельных тепловых и физико-энергетических характеристик фотоэлектрических преобразователей концентрированного солнечного излучения // Гелиотехника, 2017. №4. С. 5–10.
- Попель О. С., Фортов В. Е. Возобновляемая энергетика в современном мире. — М.: Изд-во МЭИ, 2015.450 с.
- Тарасенко А. Б., Попель О. С., Киселёва С. В. Современное состояние фотоэнергетики в России и за рубежом // Гелиотехника, 2018. №3. С. 69–82.
- Попель О. С., Тарасенко А. Б. Состояние и перспективы направления развития технологий фотоэлектрических преобразователей энергии / Актуальные проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов: Мат. XI школы молодых учёных им. Э. Э. Шпильрайна. — Махачкала, 2019. С. 4–19.
- Дегтярёв К. С. Состояние и территориальная организация фотовольтаической солнечной энергетики в России // Окружающая среда и энерговедение, 2019. №1. С. 23–38.
- Коломиец Ю. Г., Меньшиков А. Я., Тарасенко А. Б. Влияние уровня инсоляции на качество электрической энергии и КПД преобразования для сетевых ФЭС // Гелиотехника, 2018. №3. С. 9–14.
- Киселёва С. В., Попель О. С., Тарасенко А. Б. Оценка эффективности создания сетевых фотоэлектрических станций в некоторых районах Центральной Азии и Закавказья // Гелиотехника, 2017. №2. С. 13–18.
- Фрид С. Е., Тарасенко А. Б. Использование фотобатарей для горячего водоснабжения. Опыт и перспективы // Альтернативная энергетика и экология, 2018. №16–18. С. 23–28.
- Геоинформационная система «Возобновляемые источники энергии России» (ГИС ВИЭ) [Электр. текст]. Режим доступа: gisre.ru. Дата обращ.: 13.05.2017.
- Попель О. С., Фрид С. Е., Коломиец Ю. Г., Киселёва С. В., Терехова Е. Н. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России. — М.: ОИВТ РАН, 2010.
- ООО «Энергоконтракт» [Электр. текст]. Режим доступа: energocontract-orenburg.ru. Дата обращ.: 20.04.2020.
- Молчанова Р. А., Новосёлов И. В., Абдуллина Э. А., Закирова Г. Р. Эффективность солнечных электростанций на примере условий Республики Башкортостан // Энергобезопасность и энергосбережение, 2019. №4. С. 25–32.
Эта статья прочитана 1121 раз(а)!