К развитию солнечной энергетики РК подталкивают мировые тенденции

На конец 2015 года доля возобновляемых источников энергии в Казахстане составила 0,2% в общем объеме вырабатываемой электроэнергии в стране. В концепции по переходу к зеленой экономике, утвержденной главой государства, доля по возобновляемым источникам энергии должна составлять 3% к 2020 году. Для этого у страны есть все необходимые инструменты и многие компании уже делают все возможное, чтобы преобразовывать в электроэнергию энергию солнца.

В 2012 в Кордайском районе Жамбылской области была введена в эксплуатацию первая в Казахстане промышленная солнечная электростанция – СЭС «Отар», инвестором которой выступило частное ТОО «КазЭкоВатт». Тогда проект мощностью 7 МВт обошелся в сумму около $1,5 млн. Через три года в той же Жамбылской области, но в Жуалинском районе была запущена первая очередь гораздо более мощной станции – «Бурное Солар». Здесь уже подключилось государство: инвесторами проекта стали «Самрук-Казына» совместно с британской инвесткомпанией United Green.

А в конце 2012 года в Астане был запущен завод по производству фотоэлектрических модулей. Запуск производственной линии дочернего предприятия Казатомпрома — ТОО «Astana Solar» произвел Президент страны Нурсултан Назарбаев. На этом заводе выпускаются солнечные батареи на основе 100-процентного казахстанского кремния. Завод оснащен автоматизированным оборудованием последнего поколения. Проектная мощность планируемых к выпуску фотоэлектрических пластин составит 50 Мвт с расширением в перспективе до 100 Мвт. Такие модули обладают КПД 15,36% и имеют срок службы 20 лет. На заводе создано 175 рабочих мест.

Такое внимание государство именно к солнечной энергетике неслучайно: Казахстан обладает значительными ресурсами солнечной энергии. Потенциально возможная выработка солнечной энергии в республике оценивается специалистами в 2,5 млрд кВт/ч в год. Для сравнения — за весь 2016 год все генерирующие мощности республики выработали 94 490,4 млн кВт/ч электроэнергии. При этом солнечная электроэнергетика может получить широкое географическое распространение, поскольку около 70% территории Казахстана относятся к районам с преобладанием солнечных дней в году, где продолжительность солнечного сияния колеблется от 2 800 до 3 000 часов. До сих пор одним из основных сдерживающих факторов было отсутствие производства собственных элементов для солнечных станций, но, как уже сказано выше, теперь это препятствие удалено — и все больше регионов страны решает взять на вооружение этот вид зеленой генерации.

Так, летом этого года в Карагандинской области с участием чешских и словацких инвесторов был дан старт строительству крупнейшей солнечной электростанции в городе Сарань мощность в 100 Мегаватт. Данная станция, строительство которой обойдется в сумму около 55 млрд тенге, станет после ее ввода в эксплуатацию крупнейшей в своем классе в Центральной Азии. Однако, в целом, ресурсы солнечной электроэнергии в Казахстане не нашли широкого применения вплоть до настоящего времени. И использование солнечной энергии в Казахстане по-прежнему незначительно, при том, что оцениваемая мощность отрасли составляет 1 300—1 800 кВт на 1 квадратный метр в год.

Одна из причин — в дороговизне производимой за счет солнца электроэнергии: так, себестоимость киловатта уже упомянутой выше СЭС «Отар» составляла 23,5 тенге в 2012 году, а станции «Бурное Солар» — 35,5 тенге за киловатт, в то время как в 2015 отпускная цена Экибастузской ГРЭС-1, работающей на угле, составляла 8,6 тенге за киловатт. Тем не менее, уже в этом году в ходе международной специализированной выставки Ехро было подписано соглашение с Европейским Банком Реконструкции и Развития о финансировании строительства второй очереди СЭС «Бурное Солар» в партнерстве с Фондом чистых технологий. Казахско-британское СП получит кредит в тенге в сумме, эквивалентной $44,5 млн, на срок до 15 лет, а Фонд чистых технологий – $10 млн на срок до 20 лет. Остальная часть стоимости проекта, которая составит до $80 млн, будет инвестирована собственниками. Напомним, что в итоге полная мощность станции составит 50 МВт.

Но солнечную энергию можно использовать не только для потребления в промышленных масштабах, а для обустройства автономного (или параллельного с обычной системой электроснабжения) питания тех или иных объектов. И в стране уже есть примеры успешного сотрудничества в этой сфере. Еще в 2012 году консорциум «Солнечная крыша» в Казахстане, состоящий из фирм PRETHERM solutions GmbH, BAE Batterien GmbH, DPU Investment GmbH и PRETHERM GmbH соорудил «солнечную крышу» в Байконуре, и в качестве второго места добавился Евразийский национальный университет имени Льва Николаевича Гумилева в Астане. Обе установки мощностью 10 кВт каждая сооружены на основе Программы DENA «Солнечные крыши», провозглашенной «Немецким энергетическим агентством» (DENA) и финансируемой Федеральным министерством экономики и технологий в рамках экспортной инициативы «Возобновляемые источники энергии». Они будут эксплуатироваться в течение 10 лет.

Надо четко понимать, что основной проблемой таких «автономных» проектов является вопрос не производства, а накопления произведенного продукта: общеизвестно ведь, что доступная солнечная энергия изменяется в течение каждого дня из-за относительного движения Солнца и в зависимости от облачности. В полдень при ясной погоде энергетическая освещенность, создаваемая Солнцем, может достигать 1 000 Вт/м2, тогда как в условиях плотной облачности она может упасть до 100 Вт/м2 и ниже, даже в полдень. Количество солнечной энергии меняется вместе с углом наклона установки и ориентацией ее поверхности, снижаясь по мере удаления от южного направления. И поэтому солнечные элементы таких автономных установок должны вырабатывать электроэнергию не только на сиюминутное потребление, но и про запас — а вот как ее хранить без взаимозамещения с линиями электропередач от традиционных источников, проблема пока нерешенная.

Но у солнечной энергетики, помимо проблем, есть и свои выгодные стороны, например, вариативность способов ее выработки. Существует два основных способа получения электричества и тепла из солнечного излучения: фотовольтаика (получение электроэнергии с помощью фотоэлементов) и гелиотермальная энергетика (нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла при помощи фокусирования солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах). И, несмотря на северную широту географического расположения Казахстана, ресурсы солнечной энергии в стране являются стабильными и приемлемыми, благодаря благоприятным климатическим условиям, позволяя задействовать в стране оба этих способа производства.

К тому, чтобы продолжать развитие солнечной энергетики, Казахстан подталкивают и общемировые тенденции. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч ТВт∙час — или 20-25 % всего необходимого на планете электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд. тонн ежегодно. Ну, а проблема неконкурентоспособности «солнечного» электричества в сравнении с «угольным» рано или поздно будет решена: стоимость энергии, полученной из солнечной батареи, ежегодно снижается. Так, за 2011 год она уменьшилась на 50%, с 2008 года падение цены составило 75%. А в 2011 году стоимость 1 Ватта солнечной электроэнергии в мире впервые упала ниже 1 доллара.

Методика расчета энергоокупаемости солнечных энергостанций достаточно проста и исходит из трех основных факторов: энергозатраты на производство солнечного элемента, эффективность преобразования солнечной энергии и среднегодовая мощность излучения в регионе, в котором предполагается размещение солнечного элемента. Например, солнечный элемент на основе поликристаллического кремния требует 600 кВт·час на производство 1 кв. м площади солнечного модуля. При эффективности в 12% и среднегодовой мощности солнечного излучения в 1700 кВт·час энергоокупаемость модуля составляет менее 4 лет. С учетом темпов роста эффективности фотопреобразования и оптимизации производства можно ожидать, что до 2020 года энергоокупаемость поликристаллических солнечных элементов снизится вдвое.

Тонкопленочные элементы (10% мирового рынка) используют очень небольшие объемы полупроводникового материала, поэтому наиболее энергозатратными процессами оказываются производство подложки (120 кВт·час на 1 кв. м) и монтаж элементов в модули (также 120 кВт·час на 1 кв. м). Эффективность тонкопленочного кремниевого элемента составляет примерно 6%. В результате, энергозатраты на производство такого элемента окупаются в течение 3 лет, а более эффективные тонкопленочные модули на основе теллурида кадмия и диселенида индия-меди (CIGS) могут достичь энергоокупаемости менее чем за год. Таким образом, солнечные элементы окупают вложенную в них энергию уже за 2-4 года после ввода их в эксплуатацию, а в последующие 25-30 лет они будут снабжать потребителей экологически безопасной электроэнергией. За свой срок службы солнечная электростанция, обеспечивающая энергией небольшой дом, предотвратит выбросы более чем 100 тонн углекислого газа и тонны оксидов серы и азота.

Тут надо отметить, что казахстанские ученые в этой области уже имеют собственные наработки, позволяющие решить проблему высокой себестоимости «солнечного» производства. Так, солнечные нагреватели воды, разработанные в Казахском НИИ энергетики и выполненные на основе полимерных материалов, более чем на порядок дешевле традиционных. Расчеты специалистов КазНИИЭнергетики показывают, что использование таких нагревателей может быть экономически выгодно даже в условиях города, где имеется большое количество разнообразных источников энергии. При годовой потребности Казахстана в 2 млн кв. м подобных нагревателей, КазНИИЭнергетики способен выпускать их до 150 тыс. кв. м в год. То есть за десять лет полностью закрыть потенциальную потребность страны в этом продукте. Таким образом, в самое ближайшее время солнечная энергетика может стать из фантастики обыденностью для казахстанцев, как, впрочем, и все остальные возобновляемые источники энергии — по словам акима Карагандинской области Ербола Кошанова, к 2020 году только в этом регионе планируется ввести в строй еще 6 новых объектов «зеленой энергетики», суммарная мощность которых составит порядка 261 мегаватта.