Международный конкурс инновационных проектов, ориентированных на партнерство государств и цивилизаций

Вид материала

Конкурс

Содержание 2. Нанотехнологии, новые материалы, приборы и оборудование Представляет проект Цели и задача проекта Описание проекта и актуальность проекта Обоснование проекта

Подобный материал:

• О IV цивилизационном форуме и Международном конкурсе инновационных проектов, 160.27kb.
• Конкурс инновационных проектов "У. М. Н. И. К.", 185.73kb.
• Одиннадцатый конкурс молодежных инновационных проектов технопарка мифи, 45.49kb.
• О I межрегиональном конкурсе инновационных проектов «На пути к инновациям» Общие положения, 141.27kb.
• Евразийский экономический форум молодежи 2010-2011 гг. Путь на север, 216.26kb.
• База данных инвестиционных и инновационных проектов предприятий Оренбургской области,, 423.18kb.
• Конкурс инициативных ориентированных фундаментальных исследований 2009 года: Междисциплинарные, 467.95kb.
• Конкурс проектов и программ «На пути к инновациям», 155.77kb.
• Положение о городском конкурсе инновационных проектов Общие положения, 89.45kb.
• Конкурс состоит из двух секций: конкурс студенческих идей и конкурс проектов на ранней, 131.18kb.

2. Нанотехнологии, новые материалы, приборы и оборудование

2.1. Организация пилотного производства поликристаллического кремния чистотой 99,9999% мощностью 100 т в год по укороченной технологии путем переработки высокосортного кварца

Представляет проект:

АО «Национальный научно-технологический холдинг «Парасат»: председатель правления, д.э.н., вице-президент КазНАЕН Н.С. Бектурганов.

Срок реализации: 36 месяцев.

Общая стоимость проекта: 1 606 000 тыс. тенге.

Стоимость разработки ТЭО: 25 000 тыс. тенге.

Цели и задача проекта

Цель: развитие солнечной энергетики в Республике Казахстан и технологического уровня страны.

Количественные задачи:

а) опытно-промышленные испытания отечественной укороченной (минуя Siemens-процесс) технологии производства поликристаллического кремния чистотой 99,9999% из высокосортного кварца;

б) организация производства поликристаллического кремния чистотой 99,9999% мощностью 100 т в год по укороченной технологии путем переработки высокосортного кварца.

Описание проекта и актуальность проекта

В настоящее время ведущие западные страны во главе с США радикально пересматривают свои энергетические стратегии с целью сокращения зависимости от нефти и перехода к возобновляемым источникам энергии. Основными источниками энергообеспечения через 10–30 лет должны стать солнце, ветер, геотермальные воды. Предусмотрены масштабные инвестиции в исследования, связанные с использованием энергии солнца и создания водородного и биотоплива. Планы Евросоюза предусматривают за 15–20 лет повышение доли возобновляемых энергоресурсов в энергетике до 20–30%. Однако на сегодня доля возобновляемых источников в мировой энергетике очень мала — менее 5%, и полный перевод ее на возобновляемые источники — задача весьма сложная. Помимо прямого наращивания мощностей необходимо решить основную задачу — достижения экономической эффективности возобновляемой энергетики.

Наиболее эффективным способом использования неисчерпаемого энергетического потока — солнечного излучения — является прямой фотоэлектрический способ преобразования солнечного света в электричество полупроводниковыми фотоэлементами. В настоящее время кремний является наиболее важным материалом фотоэнергетики — более 90% фотоэлементов производят из полупроводникового кремния солнечного качества. Стоимость используемого для изготовления фотоэлементов полупроводникового кремния, получаемого традиционным хлорсилановым способом, составляет значительную часть себестоимости солнечных батарей. Однако благодаря разносторонней (финансовой, правовой, налоговой) государственной поддержке мировой сектор фотоэлектричества в настоящее время переживает подъем даже при использовании дорогого исходного кремния (более 100 долл./кг). Во всех развитых странах приняты различные государственные программы развития нетрадиционной энергетики, и благодаря государственным субсидиям этот сектор экономики в последние годы переживает быстрый рост до 30–40% в год. Но выход на коммерческую основу возможен только при разработке технологии производства кремния солнечного качества с низкой себестоимостью. Кремний солнечного качества входит в ряд высоколиквидных товаров, затребованных на мировом рынке, в настоящее время и в обозримом будущем будет существовать дефицит этого товара, его реализация не имеет проблем при условии достаточного качества и низкой стоимости.

Поэтому разработка способов получения кремния солнечного качества с низкой себестоимостью является весьма актуальной задачей, над которой работает много групп исследователей. Традиционная хлорсилановая технология производства кремния позволяет получать очень чистый кремний для микроэлектроники, однако имеет высокую энергоемкость, низкий выход кремния, экологическую опасность. Поэтому в настоящее время разработка методов получения кремния солнечного качества для фотоэнергетики проводится по таким основным направлениям, как усовершенствование традиционного метода, методы прямого получения кремния, минуя газовую фазу очистки, и рафинирование дешевого металлургического кремния. Для создания дешевого кремния солнечного качества предприняты также попытки очистки металлургического кремния.

Такие исследования обычно включают в себя обработку расплавленного металлургического кремния металлами, различными натуральными или искусственными шлаками, обработку расплава газами, плазмой, вакуумную очистку кремния. Наибольших успехов добилась фирма Elkem, однако до сих пор коммерчески доступного процесса очистки металлургического кремния для фотоэнергетических приложений не разработано. Это свидетельствует об актуальности работ по получению кремния солнечного качества с низкими затратами.

Недавно было показано, что методы вакуумной дистилляции нагревом электронным пучком, а также методы плазменной обработки имеют высокие возможности для повышения чистоты кремния с перспективой получения из металлургического кремния кремний для солнечной энергетики и неплохую экономическую эффективность. Отличительной особенностью методов является проведение процесса плавки в высоком вакууме либо чистой восстановительно-окислительной атмосфере, исключающее его загрязнение, отсутствие других нагретых деталей, что также исключает технологическое загрязнение материала. Однако кратность очистки и необходимое для очистки время значительно зависит от примесного состава исходного кремния, поэтому эффективность методов в каждом конкретном случае определяется исходным материалом и требует экспериментальной проверки.

Обоснование проекта

Основные отрасли, потребляющие поликристаллический кремний, — это фотоэнергетика и электроника. В последние годы отмечается значительный темп роста мировой фотоэнергетики. Высокий интерес к альтернативным источникам электроэнергии в первую очередь связан с ограниченностью природных запасов традиционных энергоносителей — нефти, газа, угля.

Объем продаж солнечных батарей достиг в 2005 г. 10,3 млрд долл. Быстрее всего — на 30% в год — растет сегмент солнечных генераторов (примерно треть всего рынка), подключаемых к центральным электросетям, — в основном в Японии и Северной Америке. Оставшуюся часть поделили примерно поровну солнечные батареи для калькуляторов и походных фонарей, не подключаемые к центральной сети электрогенераторы (для использования в удаленных частных домах или на фермах), а также панели промышленного назначения для досок рекламных объявлений, телефонных кабин и уличного освещения.

Рост объема продаж производителей фотоэлектрических преобразователей для солнечной энергетики сдерживается отсутствием сырья в требуемых объемах.

Среднегодовой рост рынка солнечной энергетики с 1999 г. составляет 32–40% в год. Такая динамика рынка, по оценке экспертов, продолжится до 2015 г.

Потребность в кремнии солнечного качества в последние несколько лет ежегодно возрастала почти вдвое. Если в 2007 г. для нужд фотовольтаики в мире было использовано примерно 23 тыс. т кремния солнечного качества, то в 2008 г. — уже более 48 тыс. т — увеличение за год на 110%. Объем продаж кремния солнечного качества составил в 2008 г. в мире более 3 млрд долл.

Кроме того, поликристаллический кремний солнечного качества (99,9999%) служит сырьем для производства поликристаллического кремния электронного качества (99,999999%), который широко используется в электронике, производстве чипов, микросхем и др., поэтому спрос на данную продукцию очень велик.

Традиционная технология получения поликристаллического кремния (Siemens-технология) характеризуется большими энергозатратами, малым выходом продуктов и является «грязной» технологией.

Сегодня весь мир работает над получением поликристаллического кремния более дешевым способом — по укороченной технологии, минуя Siemens-процесс. Казахстанские ученые также имеют очень перспективные наработки в этом направлении.

Казахстан имеет богатую сырьевую базу для производства кремниевой продукции: 65 млн т высокосортного кварца и 267 млн т кварцитов. В Казахстане уже организовано производство металлургического кремния в г. Уштобе и в г. Караганде, на что уже потрачено порядка 170 млн долл.

Для развития кремниевого производства имеются практически все основные условия. При наличии больших запасов кварца их предварительная подготовка, по мнению ученых, не представляет особых сложностей. Получение Физико-техническим институтом МОН РК высококачественного кремния из отходов фосфорной промышленности позволяет использовать его в производстве пластин для солнечных батарей, которые можно наладить в технопарке пос. Алатау. Новый способ производства солнечного кремния позволит сократить себестоимость материала практически в два раза.

Ожидаемая себестоимость 1 кг поликремния — около 20–30 долл. (при традиционной — более 50 долл./кг), расчетная цена продажи — 50 долл./кг (рыночная — 110–130 долл./ кг). При объеме производства 100 т в год можно получать прибыль до 2,5 млн долл. в год.

Для того чтобы стать конкурентоспособным игроком на рынке солнечной энергетики, Казахстану, как обладателю богатой сырьевой базы, необходимо добиться снижения себестоимости единицы продукции фотовольтаики за счет разработки и внедрения новых, инновационных технологий.

Данный проект соответствует задачам, поставленным на внеочередном XII съезде партии «Hyp Отан» 15 мая 2009 г. президентом РК Нурсултаном Назарбаевым, о важности развития возобновляемых источников энергии за счет использования силы ветра и солнечного света.

Реализация данного проекта на территории Республики Казахстан даст возможность перейти на качественно новый уровень — шестой технологический уклад, который характеризуется энергосберегающими, ресурсосберегающими, экологически чистыми технологиями.