Потенциал применения солнечных фотоэлектрических систем в промышленной энергосбережении

В условиях энергетического перехода промышленные предприятия сталкиваются с двойным давлением: с одной стороны, стоимость энергии продолжает расти, с другой — целевые показатели по сокращению выбросов углерода становятся всё более строгими. Для промышленного сектора, на долю которого приходится треть мирового потребления энергии, снижение зависимости от ископаемого топлива стало ключевым фактором для поддержания конкурентоспособности предприятий в долгосрочной перспективе.

За последнее десятилетие фотоэлектрические и солнечные водонагревательные технологии в определённой степени применялись на промышленных предприятиях. Однако оба метода имеют свои ограничения: эффективность фотоэлектрической генерации ограничена, а повышение температуры снижает производительность солнечных элементов; хотя солнечные водонагреватели могут вырабатывать тепловую энергию, они не могут удовлетворить потребности предприятий в электроэнергии. Технология PVT (интеграция фотоэлектрических и солнечных тепловых систем) как раз и восполняет этот пробел. Она сочетает в себе производство электроэнергии и отопление, повышая комплексную эффективность использования энергии.

В промышленной сфере преимущества PVT особенно очевидны. Причина довольно проста: большинство заводов имеют просторные крыши, подходящие для установки. В то же время предприятиям требуется не только стабильное электроснабжение, но и большой объём горячей воды низкой и средней температуры. Эта потребность в полной мере соответствует выходным характеристикам PVT. Возьмём, к примеру, текстильную печать и крашение. Процессы крашения, ополаскивания и закрепления потребляют большое количество горячей воды, температура которой обычно находится в диапазоне от 70 до 90 °C, что может быть точно обеспечено системой PVT. Фотоэлектрическая часть, в свою очередь, обеспечивает электроэнергией заводское оборудование, освещение и офисные помещения, дополняя друг друга.

Типичным бенефициаром также является индустрия пива и напитков. Нагрев заторного котла требует непрерывной и стабильной подачи тепла, а бродильный цех требует точного контроля температуры. Горячая вода также незаменима для мытья бутылочек и баночек. Если PVT установить на крыше завода, он сможет не только частично заменить природный газ, используемый в котлах, но и снизить энергетическую нагрузку на систему охлаждения. Если взять в качестве примера европейскую пивоварню, система PVT, занимающая площадь около 500 квадратных метров, может удовлетворить одну треть годовой потребности в горячей воде, сэкономив почти 60 000 долларов США на затратах на электроэнергию.

Области применения в химической и фармацевтической промышленности более разнообразны. Будь то нагрев реакционного сосуда, дистилляция или регенерация растворителя, требуется горячая вода или масляный теплоноситель с температурой от 80 до 120 °C. Система PVT здесь может не только обеспечивать тепловой энергией, но и снижать пиковое потребление электроэнергии, помогая предприятиям снизить нагрузку на энергосистему. Хотя энергопотребление в таких отраслях относительно высокое и PVT не может полностью заменить котлы, она может значительно снизить базовое потребление энергии и напрямую влияет на сокращение выбросов углерода.

С точки зрения энергоэффективности, традиционные фотоэлектрические системы могут использовать лишь около 20% солнечной энергии, в то время как коэффициент комплексного использования солнечной энергии (PVT) обычно превышает 60%. Это означает, что под той же площадью крыши PVT может производить более чем в два раза больше полезной энергии, чем одна фотоэлектрическая система. С точки зрения экономической выгоды, при сочетании местных субсидий на возобновляемые источники энергии и сокращения выбросов углерода, срок окупаемости PVT-системы обычно составляет от 3 до 6 лет.

Конечно, технология PVT не лишена сложностей. Первоначальные инвестиции в оборудование относительно высоки, а профессиональные требования к проектированию и обслуживанию систем более строгие. Кроме того, она применима в основном для низко- и среднетемпературных процессов. Для высокотемпературных промышленных применений, превышающих 400 °C, по-прежнему требуются традиционные котлы или централизованные системы отопления. Однако эти ограничения не мешают ей широко применяться в таких отраслях, как пищевая, текстильная, пивоваренная и фармацевтическая.

Дальнейшие направления развития могут быть сосредоточены на двух аспектах: во-первых, это совершенствование материалов и процессов, таких как более эффективные селективные покрытия и более стабильные теплообменные среды; во-вторых, это интеграция с системами накопления энергии. Благодаря накоплению электрической и тепловой энергии, PVT может накапливать энергию в период пиковой выработки в дневное время и стабильно отдавать её ночью или в пасмурные дни, что особенно важно для промышленных предприятий.

В целом, PVT — это не далёкая концепция, а постепенно развивающееся решение. Оно может помочь предприятиям снизить энергозатраты, сократить выбросы углерода и одновременно повысить энергетическую безопасность. Для промышленных потребителей, стремящихся к «зелёной» трансформации, PVT — это путь, который стоит попробовать.