?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

В предыдущий раз я писал о промышленных солнечных электростанциях, работающих уже давно. Речь сегодня пойдет о новой технологии солнечных станций: на сегодняшний день есть только одна работающая на таком принципе электростанция. Несколько строятся или планируются, и через несколько лет их будут десятки.

Хорошо заметно, в чем состоит неэффективность тепловой станции с зеркальными «корытами». Чтобы нагреть носитель до нужной температуры, требуются десятки и даже сотни километров трубы, а ведь эта труба не только нагревается солнцем: на всем своем протяжении она отдает тепло воздуху! Как же с этим бороться? Ответ совершенно очевиден: надо уменьшить размер нагреваемого солнцем теплообменника. А чтобы он все равно успел нагреться, нужно сделать так, чтобы все зеркала фокусировали свои солнечные зайчики на этом небольшом элементе.


Проще сказать, чем сделать: для управления зеркалами уже требуется компьютер.
Поэтому солнечные «башни», как их называют, появились позже «корытных» электростанций. На фотографиях — экспериментальная электростанция «Солнечный-2» (вид со спутника), построенная американским департаментом энергетики и национальной Ливерморской лабораторией в той же самой солнечной пустыне Мохабе. Проект продолжался с 1981 по 1999 год (он начинался как «Солнечный-1»).

Целью проекта было исследование технологии управления зеркалами — они называются гелиостатами — в условиях любой погоды, механических технологий для ветроустойчивых гелиостатов, испытания различных теплоносителей и многое другое, что требуется, чтобы довести технологию для уровня, достаточного для полноценного ее промышленного применения.

Электростанция вырабатывала 10 МВт электроэнергии, а оптическая мощность зеркальной системы ее составляла 600 солнц. Всего на станции было 1818 малых гелиостатов по 40 м² каждый, и 108 больших, по 95 м². Зеркала индивидуально наводились компьютером на центральную башню. Система эта очень гибкая: можно менять интенсивность нагрева ежеминутно, просто сдвигая «зайчик» в сторону от теплообменника. Когда станция работала, то часть зеркал находилась в режиме полной готовности, чтобы небольшим сдвигом зеркала навести зайчик на башню теплообменника. Лучи от этих зеркал «на подхвате» проходили через одну точку пространства, так что в ней светился яркий «НЛО», похожий на соединившихся макушками двух огромных медуз, хорошо видимый с шоссе, проходящего неподалеку. Вернее даже два, потому что этих фокальных точек было две, симметрично с двух сторон башни.

Сейчас проект уже завершен, и башней пользуется университет г. Дэвиса для наблюдения за излучением Черенкова, происходящим от каскадов элементарных частиц в верхних слоях атмосферы, вызванных, в свою очередь, гамма-излучением Солнца.


Когда наступает вечер, зеркала разворачиваются зеркальной поверхностью вниз, параллельно земле. В таком положении они меньше подвержены повреждениям от ветра, что несет абразивную, губительную для зеркал песчаную пыль, и которого в пустыне не сдерживают ни леса, ни горы. А электростанция… продолжает вырабатывать электричество, как ни в чем ни бывало! Как это возможно?


Теплоносителем «Солнечного-2» является смесь из расплава неорганических солей. При нормальной температуре эти соли твердые, но плавятся уже при 250°C. За счет высокой теплоты фазового перехода, соль остается жидкой и теплой несколько суток, даже если ее не подогревать.

Как известно, теплота фазового перехода у многих веществ велика. Например, испарение воды из кипящего чайника — тоже фазовый переход. Когда вы включаете чайник, вода нагревается. Один литр (точнее, 1 кг) воды требует 4,2 кДж энергии, чтобы нагреться на 1°C. Таким образом, чтобы нагреть чайник от 20°C до 100°C, требуется 80×4,2=336 кДж. Но как только чайник закипает, температура больше не растет: все тепло уходит на испарение воды. Чтобы превратить в пар то же самое количество воды, потребно уже 2270 кДж — почти в 7 раз больше. Если испарить всю воду, то эта энергия будет запасена в паре. Точно так же и в расплаве соли запасена очень большая энергия. Небольшое количество соли конденсируется, и отдает при этом тепло, поддерживая остальную часть соли расплавленной. «Солнечный-2» мог работать на полной мощности двое суток вообще без солнца — на запасенной в расплавленной соли теплоте. Нагретая соль превращала воду в пар для турбины в особом теплообменнике, и, когда светило солнце, паровые турбины работали на высокотемпературном цикле, а без солнца переключались на менее эффективный низкотемпературный, расходуя тепло, запасенное в подземном баке расплавленной соли. На утро солнечный теплообменник опять разогревал соль, а жидкая горячая соль несла тепло в бак и расплавляла сконденсировавшийся за ночь осадок твердой соли.

Сегодня проект завершен. Американские производители электричества не заинтересовались тогда коммерческими результатами проекта — дешевле было жечь уголь, чем строить солнечные станции.
Однако, ими заинтересовалась Испания, и знаменитый Королевский Указ №436 выделил огромные денежные суммы на освоение солнечной электроэнергии. Сейчас Испания — один из крупнейших мировых производителей и экспортеров солнечной электроэнергии. Знания, полученные в проекте «Солнечного-2», легли в основу конструкции первой в мире промышленной солнечной «башни». Эту станцию разрабатывала команда инженеров и ученых проекта «Солнечный-2», и она даже получила рабочее название Solar Tres, «Солнечный-3» по-испански.

Станция, построенная в солнечной южной Андалузии, в 15 км от Севильи, вошла в промышленную эксплуатацию в мае 2007 г. под названием PS10. Станция состоит из 115-метровой башни, окруженной 624 гелиостатами, каждый площадью 120 м², и генерирует 11 МВт электроэнергии. Это малая цифра, но в планах сейчас строительство новых башен, и Андалузский комплекс солнечных башен будет выдавать 300 МВт к 2013 г.

Башня построена архитектурной компанией ALTAC таким образом, чтобы не создавать ощущения гигантской конструкции, несмотря на свою огромную высоту. На высоте 30 м находится смотровая площадка для посетителей. Форма башни с окном посередине вызывает чудесной красоты иллюзию, как будто бы все поле электростанции подвешено к башне, словно вантовый мост, на канатах из солнечного света.


По мере того, как дорожают традиционные энергоносители, все больше и больше крупных энергопроизводителей обращают внимание на солнечную энергетику. В калифорнийской комиссии по землепользованию уже находится заявка, поданная в конце 2007 года, на разрешение строительства в пустыне Мохабе комплекса солнечных башен суммарной мощностью в 400 МВт. Это огромная мощность, примерно равная мощности крупной угольной станции. В комплекс войдут 6 башен по 33 МВт каждая, и 4 башни по 50 МВт. На рисунке, приложенном к заявке, нарисован вид будущей электростанции с воздуха.



Речь шла только о больших промышленных станциях, хотя выпускаются серийно и станции маленькие, например, компанией «Стирлинг». Интересны они тем, что в них используется генератор, приводимый в движение тепловой машиной Стирлинга. Такие автономные станции оборудуются дополнительной газовой горелкой, которая позволяет вырабатывать электричество ночью или в пасмурную погоду.


В штате Джорджия работает промышленная электростанция из 300 таких «Санкетчеров».

Если у человеческой цивилизации есть будущее, то энергетика этого будущего несомненно связана с Солнцем, как связана с ним вся жизнь на Земле. Это, пожалуй, самая чистая для земной экологии энергия, какую только можно получить.

Для желающих порвать солнечную энергетику на подложки для экрана выкладываю несколько фотографий в высоком разрешении в этой галерее.

Tags:

Comments

( 59 comments — Leave a comment )
ex_clyde404
Jun. 13th, 2008 08:22 am (UTC)
Насчет экологической чистоты - сразу появляется вопрос о том, насколько экологично производство зеркал.
fregimus
Jun. 13th, 2008 08:45 am (UTC)
Да, это правильный вопрос. Я тоже об этом думал, но никакой информации у меня нет. Умозрительно — стекло и алюминиевое напыление — вроде бы достаточно чистое производство.
(no subject) - ex_clyde404 - Jun. 13th, 2008 08:51 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 09:12 am (UTC) - Expand
(no subject) - ex_clyde404 - Jun. 13th, 2008 09:14 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 09:40 am (UTC) - Expand
(no subject) - ex_clyde404 - Jun. 13th, 2008 09:47 am (UTC) - Expand
(Anonymous)
Jun. 13th, 2008 08:30 am (UTC)
мВт — это милливатт, а мегаватт будет МВт
;)
fregimus
Jun. 13th, 2008 08:47 am (UTC)
Спасибо, исправил. Привычка — милливатты мне в жизни встречаются гораздо чаще мегаватт…
zwh
Jun. 13th, 2008 08:31 am (UTC)
спасибо! очень познавательно
fregimus
Jun. 13th, 2008 08:48 am (UTC)
Пожалуйста! Меня самого потрясла эта конструкция.
sergeyr
Jun. 13th, 2008 08:34 am (UTC)
Технология красивая, но довольно неэффективная.
При расчёте экологического эффекта не учитывается занимаемая зеркалами площадь (у других типов ЭС, кроме равнинных ГЭС и ветряков, отношение площади к мощности в разы лучше). И вся эта площадь - "выкушена" у тех самых биоценозов, которые и есть "экология".
ex_clyde404
Jun. 13th, 2008 08:52 am (UTC)
В пустыне это как раз не особо важно, ИМХО.
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 08:54 am (UTC) - Expand
(no subject) - ex_clyde404 - Jun. 13th, 2008 09:20 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 09:28 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 09:31 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 09:33 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 09:47 am (UTC) - Expand
(no subject) - rezoner - Jun. 13th, 2008 03:59 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 14th, 2008 08:47 am (UTC) - Expand
(no subject) - rezoner - Jun. 14th, 2008 02:39 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 15th, 2008 12:16 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 15th, 2008 12:20 am (UTC) - Expand
(no subject) - rezoner - Jun. 15th, 2008 12:49 am (UTC) - Expand
(no subject) - rezoner - Jun. 15th, 2008 01:03 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 15th, 2008 07:38 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 09:02 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 09:11 am (UTC) - Expand
(no subject) - ex_clyde404 - Jun. 13th, 2008 09:19 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 09:24 am (UTC) - Expand
(no subject) - ex_clyde404 - Jun. 13th, 2008 09:31 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 09:43 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 09:32 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 09:28 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 09:42 am (UTC) - Expand
(no subject) - ex_clyde404 - Jun. 13th, 2008 09:51 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 09:54 am (UTC) - Expand
(no subject) - ex_clyde404 - Jun. 13th, 2008 09:56 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 10:01 am (UTC) - Expand
(no subject) - ex_clyde404 - Jun. 13th, 2008 10:02 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 10:11 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 09:52 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 09:58 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 05:51 pm (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 13th, 2008 06:20 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 13th, 2008 09:10 pm (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 14th, 2008 04:32 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Jun. 14th, 2008 08:17 am (UTC) - Expand
(no subject) - sergeyr - Jun. 14th, 2008 08:21 am (UTC) - Expand
(no subject) - ex_navosvet - Oct. 1st, 2008 01:46 am (UTC) - Expand
dorinem
Jun. 13th, 2008 12:53 pm (UTC)
Надо же, как интересно! О таких технологиях не слышала раньше. Спасибо.
fregimus
Jun. 13th, 2008 04:49 pm (UTC)
Пожалуйста. Сейчас на них спрос появляется, наконец-то. А исследования, оказывается, шли себе потихоньку уже больше 30 лет.
(no subject) - dorinem - Jun. 13th, 2008 05:55 pm (UTC) - Expand
absentis
Jun. 23rd, 2008 01:14 am (UTC)
Очень интересно, как-то упустил, что ребята так далеко уже продвинулись.
ps/ Хотя вот в бытовом использовании - сам сейчас сижу на почти необитаемом острове и пишу с коммуникатора, заряженного предусмотрительно захваченной с собой солнечной батареей:)
fregimus
Jun. 23rd, 2008 03:43 am (UTC)
Так и полупроводники дешевеют. Их у нас и на крышах раскладывают, и в промышленных станциях начинают серьезно использовать. Видел военный рулончик такой — разматывается в солнечную батарею в несколько кв. м., ее на питание ноутбука, типа хватает, особенно на солнечном Ближнем востоке, а свернутый — валик где-то диам.15×50 см. Цена пока военная, но дальше будет лучше. :-)
(Anonymous)
Feb. 7th, 2009 07:48 pm (UTC)
Skiffer
Да граждане вроде взрослые люди а спорите, о том как "НЕ ОПАСНЫ" ядерные станции места мало занимают и т.д.
Вспомните дружно замечательную станцию Чернобыль, совсем не опасно, только теперь энное количество лет там находится нельзя.
А насчет площади есть замечательное мнение: глянув мельком на это фото http://pics.livejournal.com/fregimus/pic/000396k2 я сначала подумал что башенка стоит в цетре какого-то микрорайона а зеркала на крыше домов. но потом присмотрелся и понял просто зеркала а не домики, и появилась идея Башенку ставим в центре какаго нибудь квартала, зеркала на крыши домиков и мето экономим и расстояние для передачи електричества от станции до потребителя.
(Anonymous)
Apr. 2nd, 2009 10:21 pm (UTC)
Да действительно совмещать жилые конструкции и энергетические это выход...вот только как с шумом быть, зеркала-то подвижны.....
А систему наверно можно повторить в кустарных условиях, в качестве теплообменника батарею, зеркала обычные, с приводами и контроллерами...и получаем автономную систему для загородного домика.....правда площадь установки гектары.....
fregimus
Apr. 2nd, 2009 10:26 pm (UTC)
Все проще — малые системы серийно выпускаются. Там параболический отражатель из нескольких зеркал, и двигатель Стирлинга с генератором. Где-то до 15 кВт, кажется. Что удобно — когда солнца нет, эта штуковина может жечь газ для производства энергии. В конце статьи про них.
( 59 comments — Leave a comment )