Юрий Новиков - Экология, окружающая среда и человек

Сейчас каждый год объемы производства и продаж систем для получения «солнечной» электроэнергии увеличиваются на 30%. Это самые высокие темпы роста.

В Германии успешно развивается малая солнечная энергетика. Согласно правительственной программе «Сто тысяч солнечных крыш» к концу 2004 г. в стране должно быть установлено 100 тыс. солнечных батарей общей мощностью 300 МВт для снабжения энергии жилых домов. Темпы ее выполнения таковы, что цель могла бы быть достигнута на год раньше срока. Однако возникает проблема: нехватка кремния, второго по распространенности на Земле элемента (из окиси кремния состоит обычный песок).

Для получения I кВт солнечной энергии требуется 11-15 кг кремния. В стране сейчас более двух десятков заводов по производству солнечных батарей, они используют отходы сверхчистого кремния от изготовления микросхем. Для солнечных батарей мог бы использоваться кремний не столь высокой очистки и вдвое менее дорогой, но он в Германии не производится, а отходов электронной промышленности уже не хватает. Для немецкой солнечной программы необходимо более 3 тыс. т кремния, а мировая потребность в кремнии для солнечных батарей в 2005 г. составит 6 тыс. т. Германское производство микросхем дало в прошлом году только 1 тыс. т отходов.

Две немецкие компании сейчас планируют построить фабрики кремния низкой чистоты годовой мощностью 5 тыс. т, но пока производителям батарей приходится закупать дорогой сверхчистый кремний, в сущности, им не нужный.

На развитие альтернативной энергетики направлена европейская программа «Альтенер». В соответствии с новой европейской идеологией создания единого научного пространства программа призывает все государства мира присоединиться к странам — членам Евросоюза и проводить совместные исследования, а также обмениваться технологиями. Европейцы не хотят сразу переводить всю энергетику на солнце. Они понимают нереальность огромных проектов и предпочитают политику малых, но успешных дел.

Один из примеров — проект «Климасол», в котором участвуют энергетические агентства европейских регионов, в том числе Баскское. Цель проекта — оборудовать системы кондиционирования солнечными батареями. Проблема возникла не на пустом месте. В отличие от России на большей части Европы, особенно Южной, приходится бороться не с холодом, а с теплом. Высокий уровень жизни европейцев требует и высокой степени комфорта. Поэтому количество кондиционеров в домах растет очень быстро, а значит, повышается и потребление ими энергии. В начале 2003 г., например, власти Испании и Италии даже вынуждены были обратиться к согражданам с призывом экономить электричество и давать кондиционерам небольшой отдых на протяжении знойного дня. А вместе с количеством использованной энергии растут и выбросы углекислого газа от ее получения. Ученые подсчитали, что если кондиционеры только в 2% новых европейских офисов питать от альтернативного источника, то в атмосферу не будет выбрасываться 27 тыс. т углекислого газа в год.

Вот как планируется выполнять этот проект. Сначала будет проведен опрос во всех европейских странах, чтобы выявить, какие технологии в его разработке могут пригодиться. Затем, чтобы обеспечить последующее воспроизведение опыта во всех европейских странах, будет отобрано 20 технологий, и их жизнеспособность проверят на реальных объектах как можно в большом количестве мест. Результаты испытаний сообщат политическим деятелям, органам власти, архитекторам, техническим службам и опубликуют для широкой публики. А для того чтобы новые технологии оказались востребованы промышленностью, обучат специальных консультантов, которые обеспечат ученым связь со строителями энергетических комплексов.

Если в среднеазиатской пустыне квадрат со стороной 100 км устлать полупроводниковыми преобразователями солнечной энергии на основе кремния, то такая «плита» удовлетворит потребности в электроэнергии всех бывших стран СНГ, утверждают петербургские ученые-физики. Однако полупроводниковые системы всегда были слишком дороги, да и коэффициент полезного действия их невелик — всего лишь 10—12%. В Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе Российской академии наук создан новый фотоэлемент, светочувствительная поверхность которого под действием солнечных лучей производит электрический ток с рекордным КПД — 25—27%, что сравнимо с показателями тепловых станций. Авторам удалось создать особый вид «слоеных» полупроводников на основе арсенида галлия с арсенидом алюминия. С этой целью в лаборатории были разработаны необычайно тонкие технологии, позволяющие вносить необходимые примеси в слои толщиной около полумикрона.

В городке Серре на юге Италии работает самая большая в мире солнечная электростанция. Ее батареи размещены на площади 7 га, она полностью автоматизирована, стоимость станции примерно

26 млн долларов. Ежегодно эта электростанция вырабатывает 5 млн кВт электроэнергии, которой хватает для обеспечения 3 тыс. семей.

Семь лет рабогает солнечная электростанция «Соляр-2» мощностью 10 МВт, построенная в пустыне Мохаве в американском штате Нью-Мексико. Приемниками солнечного излучения служат 1900 зеркал, каждое площадью 50 м 2, ориентация которых регулируется компьютерной системой. Зеркала направляют солнечные лучи на 100-метровую башню, заполненную концентрированным раствором поваренной соли, нагревая его до 560°С. Это тепло отводится для нагрева воды и получения пара, который вращает лопасти турбины, соединенной с электрогенератором. СЭС дает коммерческую энергию.

Солнечные электростанции еще не стали заметным компонентом энергетической политики государства, и каждый такой объект — лишь очередной эксперимент в области альтернативных источников энергии.

Переход потоков солнечного света в электрический ток с помощью фотопреобразователей можно использовать на мощнейших гелиостанциях на орбитах и передавать энергию на Землю.

Энергия отходов. Растения, отходы сельского хозяйства, городские отходы — все это биомасса. Содержание ее в биосфере — 800 млрд т, причем ежегодно возобновляются 200 млрд т (это соответствует 100 млрд т нефти). Конечно, биомасса никогда не сможет полностью заменить ни нефть, ни другие ископаемые виды топлива. Но в качестве дополнительного, экологически чистого, постоянно возобновляемого источника энергии она, несомненно, со временем займет заметное место в энергетике.

Внимание, уделяемое в последние годы биомассе, связано как с постоянно растущим дефицитом ископаемых топлив, угля, нефти, природного газа, так и с поисками им замены. О том, что биомасса обладает достаточным энергетическим потенциалом, говорит хотя бы такой факт: только в континентальных лесах ее накапливается ежегодно до 70 млрд т. По энергосодержанию это втрое превышает потребление энергии в мире.