3) Основа сравнения: обычная солнечная электростанция (с неподвижными фотоэлементами из монокристаллического кремния)
Я имею в виду электростанцию без аккумуляторов, которая подает электроэнергию в общую сеть во время солнца
Инвестиции на запуск 1 кв. м фотомодуля (без НДС) = 526 EUR:
1) 1 кв. м фотомодуля, включая установку (500 Е / кв. м) |
500 Е |
2) DC / AC-преобразователь и другое электрооборудование для 0,15 кВт (150 Е / кВт) |
23 Е |
3) Помещения для 0,15 кВт (1 кв. м / 20 кВт, 400 Е / кв.м) |
3 Е |
Годовая выработка электроэнергии 1 кв. м фотомодулей = 1400 х 0,9 х 16 % = 202 кВт-час в год, где:
— 1400 кВт-час / (кв. м х год) – годовая солнечная радиация в Южной Европе на горизонтальную площадку площадью 1 кв. м
— 0,9 – коэффициент, учитывающий увеличение годовой радиации при переходе от горизонтальной площадки к наклонной, уменьшение КПД фотомодуля в утренние и вечерние часы, а также во время облаков и в жаркие дни
— 16 % — полное КПД (в первые 5 лет работы) системы «Фотомодуль + DC / AC-инвертор + кабели и провода + др. электрооборудование»
Долговечность фотомодуля – падение КПД в 4 раза за 320 лет (на основе известных экспериментальных и практических данных – уменьшение в 1,1 раз за 20-25 лет)
Годовые расходы (без НДС) на выработку этих 202 кВт-час:
1) Стоимость инвестиций (по ставке 5 % в год) = 526 Е х 5 % = 26,3 Е / год
2) Расходы на плановую замену оборудования = 2,3 Е / год:
|
Стоимость замены |
Период замены |
Итого на год |
1) 1 кв. м фотомодулей |
500 Е |
320 лет |
1,6 Е |
2) 0,15 кВт преобразователей и другого электрооборудования |
23 Е |
40 лет |
0,6 Е |
3) 0,0075 кв. м помещений |
3 Е |
50 лет |
0,1 Е |
3) Аренда земли (пустырь, пустыня, степь, луг – 200 Е / га в год) = 3 кв. м х 0,02 Е / (кв. м х год) = 0,1 Е / год
4) Другие расходы (по норме 5 Е / год на 1 кВт установленной мощности) – порядка 0,8 Е / год
Таким образом:
— Годовые расходы на 1 кв. м фотомодулей = 26,3 + 2,3 + 0,1 + 0,8 = 29,5 EUR
— Себестоимость вырабатываемой электроэнергии = 29,5 E / 202 кВт-час = 0,146 EUR / кВт-час (без НДС)
4) Новый тип солнечной электростанции
Я предлагаю электростанцию, в которой используются фотомодули с усилителями типа описанного в 1-й главе (более подробно – в «Докладе 3») вместо неподвижных фотомодулей. Отличия новой электростанции от типичной (из 3-й главы):
— Теперь нужно в 2,9 раз меньше фотомодулей для выработки 202 кВт-час в год: 0,34 кв.м фотомодулей вместо 1 кв. м. Однако цена фотомодуля увеличивается из-за охлаждающего радиатора на задней стенке. Хотя существуют и факторы удешевления фотомодуля: более дешевый корпус, самостоятельная сборка элементов в модуль, стоимость крепления фотомодуля уже учтена в стоимости солнечного усилителя
— Срок службы фотомодулей теперь ниже из-за большего потока радиации. К сожалению, я не смог найти исследований по зависимости старения фотомодулей от интенсивности радиации (хотя мой поиск был очень коротким). Я нашел в Internet мнения о причинах старения фотомодулей: «стареет герметик, соединяющий пластины – он темнеет, крошится» и «кванты света высокой энергии генерируют в кремнии точечные эффекты». Судя по всему, срок службы обратно пропорционален интенсивности ультрафиолетовой радиации. С небольшим влиянием других факторов: рабочая температура, электромагнитные поля, дожди, погодные перепады температуры и влажности, факторы течение времени, механические нагрузки от ветра и др. Если сомнения в высоком сроке старения фотомодулей (50-100 лет до снижения КПД в 4 раза) еще останутся, то коэффициент усиления солнечной радиации может быть ограничен, например на уровне 1,5-2,5 (т.е. фотомодули с усилителями в Норвегии эквивалентны фотомодулям без усилителей в Сахаре)
— Нужно в 1,2 раза больше электрооборудования, вследствие снижения коэффициента его использования. Однако из-за этого срок его службы увеличивается в 1,2 раз
— Появляются новые расходы: на солнечные усилители и на перестройку их вертикального угла
— Нужно больше земли: примерно 4,5 кв. м – вместо 3 кв. м
Инвестиции (на годовое производство 202 кВт-час) оказываются в 2,34 раз меньше (чем у типичной электростанции) = 225 EUR (без НДС):
1) 0,34 кв. м фотомодуля (530 Е / кв. м) |
180 Е |
2) 0,18 кВт DC / AC-преобразователей и другого электрооборудования (150 Е / кВт) |
27 Е |
3) 4,1 кв. м усилителей, включая установку и настройку (3,4 Е / кв. м) |
14 Е |
4) Помещения для 0,18 кВт (1 кв. м / 20 кВт, 400 Е / кв.м) |
4 Е |
Годовые расходы (без НДС) на выработку 202 кВт-час:
1) Стоимость инвестиций (ставка 5 % в год) = 225 Е х 5 % = 11,3 Е / год
2) Расходы на плановую замену оборудования = 3,4 Е / год:
|
Стоимость замены |
Период замены |
Итого на год |
1) 0,34 кв. м фотомодулей |
180 Е |
100 лет |
1,8 Е |
2) 0,18 кВт преобразователей и другого электрооборудования |
27 Е |
48 лет |
0,6 Е |
3) 4,1 кв. м усилителей |
14 Е |
15 лет |
0,9 Е |
4) 0,009 кв. м помещений |
4 Е |
50 лет |
0,1 Е |
3) Аренда земли = 4,5 кв. м х 0,02 Е / (кв. м х год) = 0,1 Е / год
4) Зарплата сотрудников, которые перестраивают вертикальную ориентацию солнечных усилителей (ставка зарплаты – 15 Е за рабочий час = 2600 E за календарный месяц = 0,25 Е за рабочую минуту)(Норма на 12 перестроек усилителей в год – 4 человеко-минуты на 20 кв. м зеркал) = 4 мин х (4,1 кв. м / 20 кв. м) х 0,25 Е / мин = 0,2 Е / год
5) Другие расходы (норма 5 Е / год на 1 кВт) – порядка 0,9 Е / год
Таким образом:
— Годовые расходы (на производство 202 кВт-час) = 11,3 + 3,4 + 0,1 + 0,2 + 0,9 = 15,9 EUR
— Себестоимость вырабатываемой электроэнергии = 15,9 E / 202 кВт-час = 0,079 EUR / кВт-час (без НДС), т.е. в 1,85 раз дешевле, чем у типичной электростанции (из 3-й главы)
5) Перспективы еще большего снижения стоимости
Размер инвестиций 1,11 EUR / (кВт-час х год) и себестоимость кВт-час электроэнергии 7,9 евроцентов – это еще не предел снижения. Можно сделать еще следующее:
1) Увеличение коэффициентов усиления солнечного потока до 8,0-10,0. Цель – увеличение производительности фотомодулей солнечным усилителем не в 2,9 раз, а примерно в 7 раз. Однако система охлаждения фотомодулей теперь нужна будет более мощная
2) Переход на другой тип солнечного усилителя, например на описанный в «Докладе 2». Он более эффективно использует зеркала (примерно в 2 раза) и может достичь более высокого коэффициента усиления
3) Закупка более дешевого электрооборудования (DC / AC-преобразователи, возможно повышающие трансформаторы и др.) за счет уменьшения требований к его КПД. Электростанция из 3-й главы имеет правило экономической целесообразности «Разрешается купить более дешевое в 1,1000 раз электрооборудование, если КПД ухудшается меньше чем в 1,0059 раз». Это правило смягчается для электростанции из 4-й главы до ««Разрешается дешевле в 1,1000 раз, если КПД ухудшается меньше чем в 1,0119 раз». Более перспективные электростанции имеют тоже мягкое правило — «Разрешается купить более дешевое в 1,1000 раз электрооборудование, если КПД ухудшается меньше чем в 1,0114 раз». Возможно, это правило исполняется до нормы 80 EUR / кВт (без НДС), а при переходе от 150 EUR / кВт до 80 EUR / кВт КПД электрооборудования ухудшается на 2 %
4) Закупка более дорогих фотомодулей, однако с более высоким КПД. Электростанция из 3-й главы имела правило экономической целесообразности «Разрешается купить более дорогой в 1,1000 раз фотомодуль, если его КПД вырастает в более чем 1,0998 раз». Электростанция из 4-й главы имеет более мягкое правило «Разрешается дороже в 1,100 раз, если его КПД вырастает в более чем 1,080 раз». Перспективные электростанции имеет еще более мягкое правило — «Разрешается купить более дорогой в 1,100 раз фотомодуль, если его КПД вырастает в более чем 1,075 раз». Возможно, это правило исполняется до КПД 18 % при росте цены фотомодулей до 650 EUR / кв. м (без НДС, с учетом системы охлаждения)
Таким образом, для выработки 202 кВт-час в год потребуется 0,13 кв. м фотомодулей (= (16 % / 18 %) х 1,02 / 7,0)
Инвестиции в перспективную электростанцию (на годовое производство 202 кВт-час) оказываются в 4,5 раз меньше, чем у типичной электростанции = 117 EUR (без НДС):
1) 0,13 кв. м фотомодуля (650 Е / кв. м) |
85 Е |
2) 0,22 кВт DC / AC-преобразователей и другого электрооборудования (80 Е / кВт) |
18 Е |
3) 2,9 кв. м усилителей, включая установку и настройку (3,5 Е / кв. м) |
10 Е |
4) Помещения для 0,22 кВт (1 кв. м / 20 кВт, 400 Е / кв.м) |
4 Е |
Годовые расходы (без НДС) на выработку 202 кВт-час:
1) Стоимость инвестиций (ставка 5 % в год) = 117 Е х 5 % = 5,9 Е / год
2) Расходы на плановую замену оборудования = 3,2 Е / год:
|
Стоимость замены |
Период замены |
Итого на год |
1) 0,13 кв. м фотомодулей |
85 Е |
40 лет |
2,1 Е |
2) 0,22 кВт преобразователей и другого электрооборудования |
18 Е |
59 лет |
0,3 Е |
3) 2,9 кв. м усилителей |
10 Е |
15 лет |
0,7 Е |
4) 0,011 кв. м помещений |
4 Е |
50 лет |
0,1 Е |
3) Аренда земли = 7 кв. м х 0,02 Е / (кв. м х год) = 0,1 Е / год
4) Зарплата сотрудников, которые перестраивают вертикальную ориентацию солнечных усилителей (ставка зарплаты – 15 Е за рабочий час = 2600 E за календарный месяц = 0,25 Е за рабочую минуту)(Норма на 20 перестроек усилителей в год – 6 человеко-минут на 20 кв. м зеркал) = 6 мин х (2,9 кв. м / 20 кв. м) х 0,25 Е / мин = 0,2 Е / год
5) Другие расходы (норма 5 Е / год на 1 кВт) – порядка 1,1 Е / год
Таким образом:
— Годовые расходы (на производство 202 кВт-час) = 5,9 + 3,2 + 0,1 + 0,2 + 1,1 = 10,5 EUR
— Себестоимость вырабатываемой электроэнергии = 10,5 E / 202 кВт-час = 0,052 EUR / кВт-час (без НДС), т.е. в 2,81 раз дешевле, чем у типичной электростанции (из 3-й главы)
Себестоимость электроэнергии 1 евроцент за кВт-час достигается, например, при комбинации следующих условий:
1) Global horizontal irradiation – 1900 кВт-час / кв. м: юг Испании, Крит, Кипр. Полное КПД системы «фотомодули + электрооборудование» — 18,5 %
2) Увеличение производительности фотомодулей солнечным усилителем – в 12 раз
3) Стоимость фотомодулей – 300 Е / кв. м (без НДС, с системой охлаждения). Их долговечность (падение КПД в 4 раза) – 50 лет
4) Стоимость солнечных усилителей – 2,5 Е за кв. м зеркала. Их долговечность – 30 лет
5) Стоимость электрооборудования – 20 Е / кВт (без НДС). Их долговечность (коэффициент использования – 0,15) – 50 лет
6) Аренда земли – 60 Е / га в год
7) Помещения станции – по норме 1 кв. м / 50 кВт
8) Норма категории «Другие расходы» — 2 Е / кВт в год (коэффициент использования станции – 0,2). Это электростанции мощностью более 100 МВт
9) Ставка стоимости инвестиций – 4 % в год