ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ. СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Гповальная энергетическая система энергоснабжения Земли

В настоящее время продолжает формироваться концепция создания гло­бальной системы энергоснабжения Земли путем последовательного укрупнения существующих и создания новых региональных энергетических систем с по­следующей их интеграцией в единую глобальную энергосистему. Идея объеди­нения региональных энергетических систем в Единую энергетическую систему Земли была предложена еще в 1975 г. (Р. Букминстер Фуллер) Эту идею актив­но развивает и пропагандирует Институт глобальной энергетической сети GENI (GLOBAL ENERGY NETWORK INSTITUTE), зарегистрированный в Калифор­нии (США) [2]. Президент GENI Петер Мейсен в период участия в работе Ме­ждународного солнечного конгресса в Москве в 1997 г. сделал доклад по дан­ной проблеме во ВИЭСХе, в котором озвучил вышеуказанную идеологию.

Прогнозируется создание в будущем ряда трансконтинентальных систем, объединяющих транспортные и энергетические потоки и совмещающие волно­водные кабельные линии, магистральные линии связи, трассы железной дороги и автомобильные магистрали.

В первую очередь это широтная транспортная и энергетическая магист­раль с Запада на Восток: Лиссабон - Владивосток, а также меридиональная ма­гистраль с Юга на Север: Австралия, Индонезия, Таиланд, Вьетнам - Китай - Берингов пролив - Аляска - Канада - Америка. Второй меридиональный (энер­гетический) поток может пройти по Великому Шелковому пути: Индия - Аф­ганистан - Киргизстан — Таджикистан — Узбекистан - Туркменистан - Казах­стан, Север Западной Сибири. Указанные меридиональные энергетические и транспортные потоки пересекутся в Восточной и Западной Сибири с широт­ной энергетической и транспортной магистралью, образуя великое сокрестие Европы и Азии.

Третья меридиональная транспортная и энергетическая линия свяжет Кейптаун с Осло через Восточную Африку, Арабские страны, Турцию, страны Черного моря, страны Восточной Европы и Скандинавии. Четвертая меридио­нальная энергетическая линия соединит страны Западной Африки, Средиземномо­рья, Западной Европы, Англию и Ирландию. Меридиональная энергетическая ли­ния соединит также страны Южной и Северной Америки.

Широтная энергетическая линия в экваториальной зоне от 0° до 30° се­верной широты соединит страны Азии, Африки и Латинской Америки.

Экваториальная энергетическая линия, а также широтная энергетическая линия Лиссабон - Владивосток будет замкнута через Тихий и Атлантический оке­ан, Северную и Центральную Америку. Сеть меридиональных и широтных энер­гетических линий образуют Объединенную Энергетическую Систему Земли.

Вышеизложенные предположения, отмеченные в [125], на первый взгляд, граничат с фантастикой. Однако в действительности уже сегодня создан доста­точный задел для более внимательного рассмотрения вышеуказанных крупно­масштабных проектов. Разрабатывается энергосистема 10 южноамериканских стран, арабских государств, рассматривается вопрос создания Балтийского и Черноморского энергетических колец, линии электропередачи Сибирь - Китай. Созданы объединенные энергосистемы России, стран центральноазиатского ре­гиона, а также США и Канады, скандинавских и европейских стран.

Задача создания глобальной энергетической системы в целом может быть разделена на две двуединые задачи: формирование генерирующих центров большой мощности и разработка с последующей практической реализацией технологий эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния для обеспечения перетоков энергии в глобальной системе. Возможности солнечной энергетики для решения первой из указанных задач трудно переоценить.

В настоящее время все большее число стран отдают предпочтение сол­нечной энергетике, а солнечные электростанции, первоначально активно созда­ваемые в США (рис. 17.1), получили распространение в Китае и Европе.

Солнечные электростанции все активнее строятся в Китайской народной республике (рис. 17.2), в том числе совмещенные с ветроагрегатами большой мощности (рис. 17.3).

Вместе с тем солнечные электростанции невозможно использовать в ка­честве основной составляющей региональной энергосистемы, поскольку для сглаживания периодических и стохастических процессов, влияющих на выход­ную мощность солнечных батарей, необходимы очень мощные буферные нако­пители энергии с высокими маневренными характеристиками, создание кото­рых в современных условиях пока нецелесообразно по экономическим сообра­жениям. Принято считать, что установленная мощность солнечных электро­станций в пиковом режиме работы энергосистемы не должна превышать 10 — 15% от общей установленной мощности электростанций региональной энерго­системы. При таких условиях колебания мощности солнечных электростанций не оказывают заметного влияния на качество электроснабжения.

Создание межрегиональной, а впоследствии и мировой солнечной энер­госистемы позволит минимизировать или даже полностью исключить суточную и сезонную неравномерность выработки электроэнергии и обеспечить кругло­суточное и круглогодичное надежное, экологически безопасное электроснаб­жение потребителей.

При этом будет снижен парниковый эффект и уменьшено негативное воз­действие топливных электростанций на окружающую среду.

Серьезным препятствием для развития этого направления глобальной энергетики может рассматриваться проблема организации перетоков крупных массивов электроэнергии, которые неизбежно потребуется реализовать вслед­ствие неравномерности потребления электрической энергии и ее выработки в разных зонах глобальной или региональной энергосистемы. Однако в решении этой проблемы намечаются серьезные сдвиги. Работы по созданию эффектив­ных технологий передачи больших массивов электроэнергии на большие рас­стояния развиваются достаточно широко. Их осуществляют Сибирский энерге­тический институт, Санкт-Петербургский государственный технический уни­верситет, ВЭИ, а также АВВ, Сименс и другие фирмы.

Серьезные работы в этом направлении проводятся и в ВИЭСХе. Уже можно говорить о достижении определенных успехов. Однако эта тематика вы­ходит за пределы компетенции настоящей книги. Интересующимся этой про­блематикой мы может порекомендовать обратиться к специальной литературе, например к [141- 143].

Как можно заключить из рассмотрения вышеуказанных источников, ре­зонансные технологии, будучи внедренными в практику в полном объеме, по­зволят передавать потоки электроэнергии мощностью в несколько ТВт на рас­стояния в десятки тысяч километров.

Распределение по поверхности Земли потенциальных ресурсов ВИЭ но­сит неравномерный характер (рис. 17.4). Более того, зачастую территории с вы­соким потенциалом ВИЭ бывают мало заселены, не используются для хозяйст­венной деятельности и потому в существующих реалиях малопригодны для практического использования (пустынные и полупустынные территории, тунд­ра, прерии И Т. Д.).

Возможность обеспечить эффективные и без существенных потерь пере­токи больших массивов электроэнергии на далекие расстояния практически снимает это ограничение.

Из рассмотрения рис. 17.4 легко видеть, что ряд стран (преимущественно развивающихся) по сравнению со странами Европы и Северной Америки име­ют существенно более высокий потенциал солнечной энергии. Уже в обозри­мом будущем они смогут использовать сезонное изменение солнечной энергии и в зимние месяцы продавать электроэнергию, полученную от солнечных элек­тростанций, в северные страны, где солнечная энергия имеется в сравнительно достаточном количестве только с марта по сентябрь. Для этого необходимо ор­ганизовать потоки электроэнергии в меридиональном направлении. Электроэнер­гетические потоки в широтном направлении Запад - Восток дают возможность

использовать суточное изменение солнечной энергии, связанное с вращением Земли вокруг своей оси.

Сеть солнечных электростанций на крышах и фасадах домов, а также в пустынях будет связана в единую энергетическую систему с сетью ветровых электростанций (ВЭС), расположенных вдоль морского побережья, где сущест­вует постоянный перенос воздушных масс. Важным компонентом будущей объединенной энергосистемы будут гидроэлектростанции и электростанции, ис­пользующие энергетические плантации биомассы.