Солнечная альтернатива

Лет шесть назад в Париже мне подарили маленький фонарик. Я его долго крутила-вертела, пытаясь понять, где батарейки. Пока не дошло, что их нет вовсе – фонарь работает от солнца. Он безотказно светит до сих пор, так же как купленные потом солнечные садовые лампы, установленные нынешним летом солнечные панели на даче, в горном медвежьем углу, куда ЛЭП не дойдет никогда.

Электрическая эволюция

Собственный пример электрической «эволюции» привела лишь затем, чтобы напомнить: еще пятилетку назад идеи впрячь Солнце в энергосистему многим из нас казались научной фантастикой. Тогда в ответ на свои вопросы как от энергетиков, так и от бизнеса слышала пространные доводы о том, что это нерентабельно, технически сложно, дескать, давай лет черед пятнадцать поговорим. Но «зеленые» и энтузиасты при активно проводимой государственной политике теснили традиционалис­тов и скептиков, а заодно меняли общественное мышление.

В итоге в Казахстане сложилось не просто «зеленое» энергетическое лобби, выработалась активная общественная позиция по этому вопросу, но и пробились первые ростки отечественной альтернативной энергетики. И если тогда мы смотрели за рубеж, полагаясь на импорт, то сегодня уже говорим о сложившемся в стране четком видении развития отрасли ВИЭ, прак­тически сформированной структуре возобновляемой энергетики. Она сложилась благодаря тому, что управление новой отраслью по поручению Главы государства в 2010 году было передано в одни руки – АО «НАК «Казатомпром».

К тому моменту в Казахстане уже были собственные научные наработки, в первую очередь запатентованный виндротор Болотова; появились предприятия, пытавшие­ся наладить выпуск металлургического кремния; бизнес, готовый заниматься развитием ВИЭ. Была сформирована законодательная платформа и, главное, имелись сырьевая база – Сарыкольское месторождение жильного кварца, разведанные запасы которого оцениваются в 1,7 млн. тонн, а также ресурсная база – огромный солнечный и вет­ровой потенциал. Но не было, скажем так, единого организационного стержня, объе­диняющего все стороны этого процесса.

– А сегодня мы можем говорить, что в Казахстане не просто стали развиваться ВИЭ, но и создается вертикально интегрированное производство от кварцевого сырья до выпуска высокотехнологической продукции – солнечных элементов, – говорит профессор, академик НАН РК Болат Мукашев. – И эта работа была проделана в короткие сроки – всего за три года. Она фактически стартовала в октябре 2010-го, когда состоялся визит Н. Назарбаева во Францию, во время которого было подписано соглашение по проекту KаzPV – о создании и развитии кремниевой солнечной энергетики в Казахстане. И так как «Казатомпром» иниции­ровал ее развитие, то Президент поручил разработку и реализацию этого совместного с французами проекта с казахстанской стороны НАК. Думаю, тот факт, что Казахстан выиграл право проведения ЭКСПО-2017, ключевой темой которой является развитие ВИЭ, лучшее свидетельство признания успехов нашей страны в этой сфере.

Богатство кварцевой долины

Болат Мукашев знает предмет разговора досконально: он более 40 лет занимается изучением свойств кремния. Известный ученый, лауреат Государственной премии РК и Международной премии аль-Харезми, он в 2009–2011 годах участвовал в подготовке проекта KazPV. А с 2012-го является соруководителем НИИОКР международного проекта KazPV.

Полтора года назад мне довелось побывать на металлургическом комбинате «Казсиликон» – первом этапе переработки кварца, из которого получается металлургический кремний довольно высокого качества, его чистота составляет 99,2–99,6%. Тогда, комментируя первые результаты работы предприятия, ученый рассказывал о ближайших задачах и перспективах всей солнечной отрасли. Сейчас, как известно, практически вся технологическая цепочка проекта KazPV собрана.

В соответствии с планом в декабре 2012 года состоялся запуск пусконаладочных работ на заводе по производству фотоэлектрических модулей на ТОО «Astana Solar». Здесь будет налажен выпуск конечной продукции – солнечных панелей. Завершено строи­тельство второго звена цепочки – Усть-Каменогорского завода по производству фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии в электрическую, солнечных элементов, из которых собираются модули солнечных батарей. Специалистам осталось полностью отработать, адаптировать технологии и запустить на проектную мощность весь производственный цикл. Когда это произойдет и какова готовность предприятий? Об этом мы беседуем с Болатом МУКАШЕВЫМ.

– Болат Ныгметович, Казахстану повезло не только с запасами углеводородного сырья, но и с сырьем для солнечной фотовольтаики. У нас есть настоящая «кварцевая долина» – Сарыкольское месторождение, которое становится сырьевой базой для целой отрасли. Но от кварца до кремния солнечного качества, необходимого для производства конечной продукции, пролегает сложная технологическая цепочка. Насколько я знаю, очистка кремния после 99% на десятые доли процента повышает его стоимость кратно...

– Да, производство кремния солнечного качества – сфера высокотехнологичная. Замечу, что даже сам термин «высокие технологии» появился из микроэлектронной промышленности, из кремниевых технологий. Солнечные элементы, солнечные батареи можно производить из солнечного кремния, чис­тота которого составляет 99,9999.

Металлургический кремний, который получают на «Казсиликоне», имеет чистоту 98–99%, а 1–2% – это различные примеси, от которых его нужно очистить. К настоящему времени можно сказать, что технология получения металлургического кремния освоена, производственный процесс налажен. И в марте 2012 года была запущена линия для стабильного получения металлургического кремния (МК) с необходимыми характеристиками.

Кремний качества «солнечный»

– Проект KazPV уже определился с технологией и в Казахстане будет производиться собственный «солнечный» кремний?

– Мы же говорим о полном цик­ле, который предполагает очистку МК до качества «солнечный». Но мы считаем, что технология его очистки не должна быть слишком дорогой. Она должна быть эффективной с точки зрения продаж и маркетинга. Чтобы на выходе стоимость солнечного кремния составляла 11–12 долларов за один килограмм.

Мы уже рассмотрели несколько технологий. В частности, плазменную очистку, которую используют в основном французы. А также оксидную шлаковую очистку, ее применяют для производства солнечного кремния в Норвегии, заметим, что в этой стране имеются большие месторождения высокочистого кварца-хрусталя. Это более интересный подход. Если говорить просто, то принцип очистки таков: металлургический кремний окунают в оксидную среду – многокомпонентный шлак, который действует как насос и вытягивает примеси путем их окис­ления и перевода в шлак.

Рассмотрев обе цепочки очистки МК до «солнечного» качества, мы пришли к выводу, что норвежская технология более экономична и перспективна по сравнению с химическими, хлорсилановыми технологиями, которые разработаны и используются на производстве кремния в Германии. При этом стоимость строительства и введение в действие завода на 1 000 тонн продукции в этом случае будет приблизительно в 6 раз меньше, а площадь самого предприятия меньше в 25 раз. Очень важно и то, что эта технология является безопасной с позиции экологии. По нашим оценкам, все подготовительные работы, отработка технологии производства солнечного кремния должны быть завершены к октябрю 2014 года. И уже в 2015-м производство отечественного солнечного кремния должно быть налажено.

– Какие работы из этой технологической цепочки будут выполняться на усть-каменогорском заводе?

– Если на заводе в Уштобе будет осуществляться получение МК и его очистка до «солнечного» качества, то на заводе в Усть-Каменогорске будут производиться слитки «солнечного» кремния, их распил на блоки и пластины, и в конечном итоге будут получены фотоэлектрические ячейки – основной составляющий компонент солнечного модуля. Затем усть-каменогорские солнечные ячейки будут отправляться на завод Astana Solar. Как уже сообщалось, проектная мощность всей производственной цепочки на выходе составит 60 миллионов ватт.

– Панели будут реализовываться в Казахстане или все пойдут на экспорт?

– Напомню, что KazPV – совместный проект, и по договору с французами первые 2–3 года они обязались обеспечивать их реализацию на рынке. Насколько мне известно, уже сейчас есть заказ на 250 мегаватт из Алжира. А это 4 года работы!

– Когда в Казахстане, по вашим прогнозам, появится массовый спрос на них?

– Думаю, это вопрос скорого времени, тем более что наши законодатели движутся в направлении повышения привлекательности солнечной энергетики для частных домов и строек. В том числе в вопросах льготного налогооб­ложения, тарифообразования... Есть хорошие примеры того, как тарифы и госпрограммы стимулируют развитие ВИЭ в ЕС, где на развитие солнечной энергетики было выделено 3 миллиарда евро, а в США – 6,3 миллиарда долларов.

При реализации этих проектов значительная часть стоимости установок оплачивается из госбюджетов. Причем государство выкупает энергию, производимую солнечными батареями, по цене, в 10 раз превышающей рыночную, а также предлагает налоговые льготы и субсидии их производителям. Все это привело к тому, что в настоящее время в Германии солнечные батареи могут быть установлены где угодно в течение нескольких дней, а реализация программы в США позволяет снизить выделение двуокиси углерода в эквиваленте выделений от 850 000 автомобилей.

Думаю, этот опыт пригодится и нам, поскольку в Казахстане индивидуальное строительство принимает широкий размах. Что же касается потенциала солнечной радиации на территории Казахстана, то он значителен и составляет 1 200–1 800 киловатт-часов на метр квадратный в год. Это делает ее использование в нашей стране экономически выгодным.

Куда не придет ЛЭП

– Водружая на крышу дачи солнечные панели, я исходила из того, что в наш медвежий угол никто и никогда не протянет ЛЭП: нерентабельно на 10 домиков в горах. А «дизель» приобретать не хотела принципиально: чистый воздух дороже комфорта. Но если говорить о том, что солнечная энергетика должна по максимуму замещать традиционную, то многие посчитают это крайне затратным делом: да, солнечная энергия бесплатна, но солнечные батареи будут очень дорогими. Каков ответ казах­станских производителей?

– Этот ответ не должен быть ни казахстанским, ни норвежским. Ответ здесь общий: да, пока солнечная энергетика дорогая, но солнечные элементы работают 20–25 лет. По самым пессимис­тическим оценкам, панели окупятся полностью через 7–8 лет. И экономический эффект очевиден: оставшиеся 13–17 лет их владелец (мы говорим об автономном использовании солнечной батареи частным пользователем) будет получать энергию бесплатно. Учтите при этом непрерывный рост стоимости традиционной, получае­мой из сети электроэнергии. Так что экономический эффект будет еще более высоким.

Здесь вот еще в чем дело: хотят ли производители углеводородов или нет, но все равно мир постепенно переходит на ВИЭ. Потому что осознал угрозу. Согласно измерениям экологов, за последние 20 лет концентрация углекислого газа возросла на 30% от естественного уровня. Океаны и наземные растения могут поглотить лишь 40% выбросов углекислого газа, производимого при сжигании нефти, угля и природного газа, а 60% выбросов накапливается в атмосфере.

Мировая энергетическая сис­тема выбросит к 2050 году в атмосферу 400 Гт углерода (1 Гт = 10 в девятой степени тонн) и увеличит его содержание с 750 до 1 000 Гт. Ущерб от глобального потепления оценивается ежегодно в один триллион долларов. А если говорить о Казахстане, то оценочная стоимость внешнего ущерба окружающей среде от угольной энергетики оценивается в 7,7 тенге за каждый киловатт-час электроэнергии.

Поэтому одно дело, когда было подписано соглашение в Киото, которое, скорее, декларативное, а другое – когда главы государств, как запланировано на закончившейся недавно конференции по изменению климата в Варшаве, подпишут договор в 2015 году в Париже с конкретными обязательствами, со штрафными санкциями, который будет обязателен к исполнению. Это процесс непростой, о чем свидетельствует история Киотского договора и непростых переговоров по этому вопросу.

Но сейчас ясно всем: если все страны мира не примут на себя обязательства по развитию ВИЭ, ограничению выбросов, то первыми пострадают и уже страдают США, европейские страны, страны Юго-Восточной Азии, где возрастают число и мощность наводнений. Поскольку за счет парниковых эффектов надвигается потепление климата, в итоге происходит увеличение уровня воды в Мировом океане. А это грозит затоплением Европы и стран, которые окружены морями.

Сейчас все, даже богатые ресурсами страны, обращают внимание на солнечную энергетику. Сначала потому, что думали об истощении углеводородов. Но сейчас, несмотря на открываемые новые залежи угля, углеводородного сырья, многие понимают, что проблема не в их исчерпании, а в их губительном влиянии на природу. Такое «загрязнение» не знает государственных границ и становится одной из самых неотложных мировых проблем.

Всем становится очевидно, что уже в краткосрочной перспективе необходимо существенное увеличение возобновляемой энергетики. При этом альтернативные источники получения электроэнергии должны иметь достаточный для удовлетворения все возрастающего энергопотребления ресурс и экологическую безопасность. Можно критически относиться к терминам «альтернативная» и «возобновляемая», однако это сейчас не так важно. Важно то, что Солнце является практичес­ки неисчерпаемым, абсолютно безопасным, в равной степени всем принадлежащим и доступным источником энергии, а потому и одним из наиболее важных видов альтернативной энергетики.

Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверх­ность Земли за год, не только во много раз превышает энергию мировых запасов нефти, газа, угля, урана и других энергетических ресурсов, но почти более чем в 10 тыс. раз больше современного энергопотребления. И располагая знаниями, опытом, технологиями, человечеству было бы губительно ею не воспользоваться.

Алевтина ДОНСКИХ, Алматы