?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Как сожжем всю нефть и весь газ, где электричество-то брать будем? Правда, из-за парникового эффекта от их сжигания мы можем вымереть, и электричество тогда нам и не понадобится. Ну, а если все-таки выживем?

Первый вопрос, разумеется, сколько же нужно человечеству энергии. По данным экспертной организации по энергетике при правительстве США (EIA), в 2005 г. в мире было произведено 57 ЭДж электроэнергии (1 ЭДж, экзоджоуль — миллиард миллиардов джоулей; один киловатт-час равен 3,6 миллиона джоулей, а 1 ЭДж примерно равен 278 миллиардам кВт-ч.). Общее потребление всех видов энергии рукотворной техникой  составило около 490 ЭДж. Эта цифра, конечно, гигантская, но еще не астрономическая: ведь за тот же самый 2005 год общая энергия, поглощенная поверхностью Земли, имея в виду и сушу, и океаны, составила 3850000 ЭДж. Это почти в 10000 раз больше, чем энергия, потребленная человеческой техникой! Биомасса земли перерабатывает 3000 ЭДж в год — эта энергия сначала идет на рост растений, потом продвигается по всем пищевым цепочкам. В эту цифру входят и те калории, что мы съедаем.

Солнце — единственный значительный источник нашей энергии (нефть, газ, уголь — все это запасенная древняя энергия, тоже пришедшая на Землю от Солнца), и этот источник энергии неисчерпаем. Может быть, в будущем люди научатся получать электроэнергию из солнечного тепла и света в промышленных масштабах?

Это будущее уже началось, и довольно давно — в 1984 г. Именно тогда вступила в строй первая солнечная тепловая электростанция около калифорнийского городка Крамер Джанкшен, что находится  в пустыне Мохабе. Станция получила невыразительное название Solar Energy Generating System, или сокращенно SEGS, что переводится просто как «солнечная электростанция».

Для работы паровой турбины необходимо нагреть воду до 300°C или выше. Просто выставить радиатор под солнце не получится: предметы не нагреваются под солнцем до такой высокой температуры, тепло рассеивается в воздухе. Солнечный свет нужно сфокусировать на рабочем теле. Если на участок поверхности предмета светит солнце, она нагревается. Если мы теперь возьмем зеркало и направим на эту же поверхность зайчик от зеркала, мы тем самым «соберем» на ней больше солнечного света: ведь, не будь на пути света зеркала, эти лучи прошли бы мимо, не попали на тело, что мы нагреваем. Чем больше зеркал мы используем, и чем больше зайчиков мы направим на нагреваемое тело, тем большую мощность излучения мы на нем соберем. По легенде, Архимед именно так поджег римские корабли при осаде Сиракуз в 212—214 гг. до н. э.: греческие воины якобы направили солнечные зайчики от своих щитов на корабль, и корабль тут же вспыхнул! Студенты из массачусетского Технологического института дважды проверяли эту легенду, и сделали вывод, что это все-таки миф: макет корабля задымился через 10 минут нагрева при идеальных погодных условиях, и не загорелся вовсе. Не исключено, правда, что идея Архимеда все-таки помогла грекам — или помогла бы, поскольку неизвестно, пытались ли они применить ее на самом деле, — даже если корабль и не загорелся, то моряки были наверняка ослеплены и получали ожоги.

Но вернемся к нашим зайчикам. Зеркало специальной параболической формы собирает лучи солнца в одну точку, называемую фокусом. Кривизна зеркала рассчитана так, как будто каждая точка на поверхности зеркала — это отдельное маленькое зеркальце, направляющее свой маленький зайчик точно в точку фокуса. Латинское слово focus означает «очаг» — догадываетесь, почему фокус зеркала называется именно так? А вот мощность оптической части электростанции измеряют в… солнцах! Во сколько раз ярче светит система зеркал на рабочий элемент, чем светило бы на него Солнце без этих зеркал, — столько солнц эта система и собирает.

На станции SEGS зеркала имеют форму продолговатых «корыт» параболического сечения. Корыта — это официальное название этих зеркал! — ориентированы строго с севера на юг. Фокус у такого зеркала не точка, а линия, проходящая вдоль корыта. Поворачивая зеркало относительно этой линии вслед за суточным ходом Солнца, можно держать зайчик в фокусе корыта с утра и до вечера. Оптическая мощность зеркал станции SEGS составляет от 70 до 90 солнц. В фокусе каждого зеркала проходит труба, а по трубе течет жидкость, специальное синтетическое масло. Течет — и нагревается в каждом из них все больше и больше. Так, пройдя десятки зеркал-корыт, масло нагревается до 370—400°C, a затем поступает в радиатор-теплообменник, где превращает воду в горячий пар, который затем подается под давлением в 20 атмосфер на турбину, раскручивающую генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Первая очередь станции заработала в 1984 г., а в 1986 г. началась ее промышленная эксплуатация. Сейчас в Крамер Джанкшен стоят 5 энергоблоков мощностью по 35 мегаватт каждый. Еще два энергоблока по 90 мегаватт находятся в нескольких километрах северо-восточнее, на высохшем озере Айвенпа.

Всего на станции более 12000 зеркальных корыт и более 900 тысяч индивидуальных заменяемых зеркальных панелей. В пустыне часто бывает сильный ветер, и зеркала загрязняются и портятся, так что 3000 панелей приходится заменять ежегодно — в среднем 8 в день.

А вот для мойки зеркал построена специальная моечная машина. Общая площадь «солнечных полей» станции составляет 6,4 км2, а общая длина зеркальных «рядов» более 350 км. В пустыне Мохабе в среднем только 25 пасмурных дней в году, и в пасмурную погоду станция переключается на природный газ.

Недавно вошедшая в строй станция такого же типа находится в Неваде, неподалеку от г. Боулдер. Станция генерирует до 75 МВт электрoэнергии. Персонал станции — 28 человек.

Тепловые и гидроэлектростанции работают круглосуточно. А можно ли усовершенствовать солнечную электростанцию так, чтобы она и ночью работала? Казалось бы, глупый вопрос, ведь солнце ночью не светит, сколько ни совершенствуй конструкцию, нагреваться ведь она без Солнца не будет! А оказывается, вопрос вовсе и не глупый, да и ответ на него утвердительный, как ни странно: получать энергию от солнечной электростанции можно круглыми сутками. А вот как именно — об этом я расскажу в продолжении этого очерка.

Вторая, завершающая часть очерка.

Tags:

Comments

( 48 comments — Leave a comment )
pzhur
Jun. 1st, 2008 04:14 am (UTC)
Занятно.
Но на первый взгляд совсем нерентабельно.
Кажется, что солнечные батареи даже при их чудовищной цене привлекательнее.
fregimus
Jun. 1st, 2008 04:41 am (UTC)
Это не так выгодно, как угольная энергия (пока примерно вдвое), но ведь надо где-то и жить?

Кажется, что солнечные батареи даже при их чудовищной цене привлекательнее.
Чем? Цена электричества пока еще очень высока. Но они, конечно, подешевеют. Есть несколько работающих промышленных электростанций на солнечных батареях (PV — photovoltaics), но это не лучшая технология для больших станций.

Есть еще более выгодный способ генерации солнечного электричества. Я о нем в следующий раз напишу.
pzhur
Jun. 1st, 2008 04:51 am (UTC)
Да, наверное, у всего своя ниша будет.
Ведь дома, например, можно обеспечивать маленькими PV-станциями локально, а большие будут нужны только для производства.
(no subject) - fregimus - Jun. 1st, 2008 05:01 am (UTC) - Expand
(no subject) - vadim_i_z - Jun. 1st, 2008 07:43 am (UTC) - Expand
sergeyr
Jun. 1st, 2008 05:25 am (UTC)
Сдаётся мне, что лучше всё же "жечь" термоядерное топливо, чем выделять огромные площади под солнечные станции.
fregimus
Jun. 1st, 2008 06:40 am (UTC)
Это-то верно! Тут есть, правда, одна проблема — никто не знает, как его жечь. А ждать, когда получится, лучше все-таки при свете. :-) А как у нас дела с термоядом, Вы знаете? Я давно новостей не слышал. Было бы жаль, если бы все заглохло.

Насчет площади под станции — площадь под солнечной станцией меньше на киловатт, чем под гидростанцией с учетом затопляемх земель и под угольной с учетом карьеров и отвалов. Лучший показатель в этом смысле у атомной энергетики — если бы не нерешенная проблема отходов, она была бы практически идеальным решением проблемы энергии. Вот все решения, увы, «почти идеальны, вот только…»
(no subject) - sergeyr - Jun. 1st, 2008 06:49 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 1st, 2008 06:54 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 1st, 2008 07:03 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 1st, 2008 07:22 am (UTC) - Expand
(no subject) - vi_z - Jul. 25th, 2008 01:52 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vadim_i_z - Jun. 1st, 2008 07:27 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 1st, 2008 07:36 am (UTC) - Expand
vadim_i_z
Jun. 1st, 2008 07:41 am (UTC)
Дело, конечно хорошее. Но, увы, позволить себе строительство такой станции могут только страны, имеющие в южных (или северных, если речь об антипода) районах большие незаселенные территории. В Европейской России или в Беларуси такое сделать не получится - из-за климата и из-за того, что места нет.
В наших широтах гораздо более эффективно работают небольшие блоки на крышах - как фотовольтаика, так и просто нагреватели. Вот в моем университете теплая вода в правый стояк подается именно от небольшой батареи на крыше спортзала.

P.S. Можно две поправки внести? Первая станция была построена не в 1984, а в 1979 году (правда, той же фирмой). И ядерная энергия к Солнцу отношения не имеет, так что всё-таки Солнце не "единственный значительный источник".
fregimus
Jun. 1st, 2008 08:00 am (UTC)
Да, в России и Белорусии мало солнца, особенно зимой. Большие незаселенные территории — несправедливо требование относить только к солнечным электростанциям, мне кажется, потому что гидростанции, например, требуют куда больших участков.

Ну, и электричество не обязательно должно быть национальным. Его легко делать в южных климатах и транспортировать в северные. С газом и нефтью, в общем, так и поступают.

Не знал, что в Белоруссии этим тоже озаботились. Это очень хорошо.

Про ядерную энергию — да, совершенно верно, упустил. Упомяну, спасибо. Про 1979 год там написано: «Первой станцией данного типа, стоимость электроэнергии которой сравнима со стоимостью тепловых станций, стала станция, построенная американской фирмой "Луз", основанной в 1979 г. В 1985 г. этой фирмой построена солнечная электростанция в калифорнийской пустыне Мохаве, которая занимает 340 га». Фирма основана в 1979 году, а не первую станцию построила, если я правильно понимаю. В 1984, говорят, запустили в опытную эксплуатацию, а в 1986 — в промышленную. Французы будто бы были первыми (1983, 1 MW), но потом свернули проект.
(no subject) - alverena - Jun. 1st, 2008 08:37 am (UTC) - Expand
(no subject) - vadim_i_z - Jun. 1st, 2008 08:53 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 1st, 2008 08:47 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vadim_i_z - Jun. 1st, 2008 08:59 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 1st, 2008 09:55 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vadim_i_z - Jun. 1st, 2008 10:22 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vadim_i_z - Jun. 1st, 2008 10:24 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 1st, 2008 10:46 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vadim_i_z - Jun. 1st, 2008 11:09 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 2nd, 2008 12:41 am (UTC) - Expand
(no subject) - vadim_i_z - Jun. 2nd, 2008 04:53 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 2nd, 2008 11:23 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 1st, 2008 09:29 pm (UTC) - Expand
(no subject) - alverena - Jun. 2nd, 2008 03:31 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 2nd, 2008 10:22 am (UTC) - Expand
(no subject) - alverena - Jun. 2nd, 2008 12:17 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 2nd, 2008 11:33 pm (UTC) - Expand
(no subject) - spamsink - May. 16th, 2009 03:29 am (UTC) - Expand
(no subject) - vadim_i_z - Jun. 1st, 2008 08:43 am (UTC) - Expand
fregimus
Jun. 1st, 2008 08:08 am (UTC)
Название компании меня смутило: назвать компанию «Облом» — это непростое решение. Начал покопаться, и нашел: фирма называлась LUZ Industries, то есть все-таки «Эл-Ю-Зи», а не «Луз» :-)))
fregimus
Jun. 1st, 2008 08:11 am (UTC)
Ну да. России тогда ничего не останется, как сделаться мировым научным центром, а Калифорния будет ее сырьевым придатком — солнечное электричество поставлять. :-)
levgem
Jun. 1st, 2008 09:34 am (UTC)
Понятно, конечно, что сфера Дайсона — это самый удачный вариант (о том, где брать энергию можно попросту не беспокоиться), но пока что её постройка несколько затруднена.


А про ветряки расскажете?
fregimus
Jun. 1st, 2008 08:56 pm (UTC)
Пока не собирался. Я совершенно случайно солнечную станцию увидел — даже и не думал, что они бывают! — поэтому и заинтересовался. Ветряки не такие необычные.

Не понимаю, как сфера Дайсона позволяет «не беспокоиться», где брать энергию. Вот мне надо, чтобы в розетке электричество было. Чем сфера Дайсона мне поможет? :-)
(no subject) - levgem - Jun. 2nd, 2008 04:30 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 2nd, 2008 10:22 am (UTC) - Expand
(Deleted comment)
fregimus
Jun. 2nd, 2008 10:27 am (UTC)
Да и в других странах мира никто не собирается пока отказываться от двигателя внутреннего сгорания, т.к. он выгоден производителям нефти. В США никто не согласиться ездить на общественном транспорте, и машины покупают с мощными двигателями даже, чтобы стоять в пробке.
Ситуация сильно меняется. Все больше пешеходов и велосипедистов, и машины покупают с оглядкой на цену бензина. 10 лет назад Вы были бы соершенно правы. Сейчас уже нет.

А новые источники энергии актуальны для стран, в которых энергетики и нет, а развиваться им надо. Как, например, в Африке, где в противном случае все оставшиеся леса вырубят на дрова.
Неверно. Развитые страны вполне способны задушить Землю — и, по-видимому, к этому дело и идет. Проблема не в источниках энергии — проблема в грязи тех источников, что мы используем.
(Deleted comment)
(no subject) - fregimus - Jun. 2nd, 2008 11:40 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - fregimus - Jun. 3rd, 2008 06:37 am (UTC) - Expand
( 48 comments — Leave a comment )