Потенциальный прорыв в использовании солнечной энергии

В пустыне южной Испании, недалеко от Гранады, средиземноморское солнце отражается от множества изогнутых зеркал, покрывающих огромную площадь равную 70 футбольным полям. Эти параболические зеркала постоянно ориентированы на Солнце, они концентрируют его лучи на трубах заполненных синтетическим маслом, которое может быть нагрето до 400 градусов Цельсия. Это перегретое масло используется для создания пара для турбин и для передачи тепла в чаны с солью.

Соль является обычным удобрением, соединением натрия и азотнокислого калия, тем не менее, это существенный прогресс старой проверенной технологии производства солнечной тепловой энергии, которая традиционно использовало зеркала, для нагрева воды или масла. Теперь, инженеры могут использовать расплавленную соль для аккумуляции тепла Солнца и дальнейшего его высвобождения по потребности. Это означает, что солнечная тепловая энергия может использоваться, чтобы круглосуточно производить электричество.

Первый блок этой электростанции, Andasol 1, начал работать в прошлом ноябре, теперь он производит 50 мегаватт электричества - достаточно для круглогодичного обеспечения 50 000 - 60 000 домов. В конце этого лета в строй будет введён блок Andasol 2, а третий блок Andasol 3 находится пока в стадии строительства. В 2011 году, когда будет закончен весь комплекс Andasol, он будет производить достаточно электричества, чтобы обеспечивать 150 000 домашних хозяйств — примерно 600 000 человек.

Перед лицом повышающегося беспокойства по поводу изменения климата развитие альтернатив сжиганию каменного угля и природного газа просто необходимо. Постройка солнечных тепловых электростанций промышленного масштаба в пустынях и засушливых областях похоже на всё более и более многообещающей альтернативой. В США проекты солнечной тепловой энергетики строятся рядом с такими центрами, как Лас-Вегас, Лос-Анджелес и Финикс. Первая городская солнечная тепловая электростанция, Nevada Solar One, в 2007 году обеспечила 64 мегаваттами электроэнергии Лас-Вегас. Правда в ней нет новейшей солевой технологии. В настоящее время похожие проекты разрабатываются по всему миру, например в Северной Африке, Испании и Австралии.

В этой гелиоэнергетической установке башенного типа на 11 мегаватт возле Севильи, Испания, солнечный свет отражается от 624 подвижных зеркал и нагревает трубы с водой в 40-этажной башне, создавая пар приводящий турбину.

Недавние исследования в области солнечной тепловой энергетики ошеломляют. Учёные из немецкого космического центра оценили, что 16 000 квадратных километров солнечных тепловых электростанций в Северной Африке, соединенные с Европой новыми высоковольтными линиями электропередачи, могут вырабатывать достаточно электричества для обеспечения всей Европы. Ученые оценили, что, строительство солнечных тепловых электростанций на 1 проценте площади всех пустынь, область примерно равная размеру Австрии, может удовлетворить общемировые потребности в энергии.

Конечно, солнечный тепловой бум случался и раньше, например, в конце 70-ых - начале 80-ых. Тогда его продвижение было остановлено обрушением цен на ископаемое топливо, а так же нехваткой правительственных субсидий. Сегодня, некоторые критики этих технологии обвиняют её в том, что она занимает слишком много места.

Солнечная тепловая энергетика сильно зависит от экономики. Днём Солнце одаривает Землю 6 кВт/час энергии на квадратный метр, а тепловые солнечные электростанции является самым дешевым способом сбора этой энергии. По данным американской национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, фотоэлектрическая энергетика - полупроводниковые панели, преобразовывающие солнечный свет в электричество, поставляют энергию по цене в 40 центов за кВт/час, в то время как обычные солнечные тепловые электростанции имеют цену в 13 центов за кВт/час. Это чуть дороже средней американской цены за энергию произведенную сжиганием топливом (в 2008 году было 11 центов за кВт/час). Передовая технология аккумуляции произведенного Солнцем тепла при помощи расплава солей значительно дороже, однако эксперты ожидают, что цена упадёт, как только технология улучшится и начнётся серийный выпуск.

По данным энергетической информационной администрации (EIA), в 2007 году было выработано около 612 000 Мвт/час солнечного электричества, а тепловые коллекторы заняли около 5 квадратных километров, что в два раза больше площадей 1998 года.

К 2012 году в США по солнечной тепловой энергии планируется достичь показателя в 3 100 Мвт/час, а общемировая выработка, как ожидается, достигнет 6 400 Мвт/час, что примерно в 14 раз больше текущего производства. На сегодняшний день электричество, полученное от Солнца, составляет всего 1 процент от энергии, полученной из возобновляемых источников, а все возобновляемые источники энергии  обеспечивают 7 процентов потребностей США в энергии.

Традиционно, солнечные тепловые электростанции строятся двумя методами — использование параболоцилиндрических концентраторов, чтобы сосредоточить высокую температуру солнца на трубах с водой или маслом или использованием зеркал, чтобы сосредоточить солнечное излучение на центральной точке, например заполненной жидкостью солнечной башне.

В 1984 году, в Пустыне Мохаве, Калифорния, на электростанции Solar Energy Generating Systems (SEGS) огромные скопления кривых зеркал концентрировали лучи Солнца на ровных рядах труб, заполненных синтетическим маслом. Электростанция SEGS был частью краткого бума альтернативных энергетических проектов, когда энтузиазм по поводу новой технологии возрос в связи с первым энергетическим кризисом. Однако правительство Рейгана постепенно сократило финансирование научных исследований по этой тема, так же как и налоговые льготы, которые питали создание таких проектов. Из-за низких цен на ископаемое топливо в конце 80-ых – начале 90-ых годов, солнечная тепловая энергия стала не конкурентоспособной — хотя с 1986 до 2000 года она и росла на 4 процента в год.

Учитывая продолжительный срок работы электростанции, американские разработчики теперь просто копируют SEGS с его параболоцилиндрическими концентраторами. В одних только США, к 2011 году будут закончены почти 1 800 мегаватт таких электростанций, главным образом в пустыне на юго-западе.

Например, в следующем году компания Ausra использует компактные линейные зеркала Френеля для нагрева воды на солнечной тепловой электростанции Carrizo Plains (177 мегаватт) в центральной Калифорнии. В прошлом октябре эта компания открыла опытную электростанцию на 5 мегаватт около Бейкерсфилда, Калифорния.

Распространение этой технологии не ограничено юго-западной частью США: компания Florida Power & Light строят солнечную тепловую электростанцию параболоцилиндрического типа, рассчитанную на 75 мегаватт, к северу от Майами. Частые ураганы не являются проблемой; руководитель исследовательских работ компании Ausra отмечает, что их зеркала рассчитаны на ветер со скоростью около 150 километров в час.

Самая многообещающая технология - использование расплава соли, так как она удаляет один из самых главных недостатков этого поколения солнечной энергетики — зависимость от Солнца. Электростанция Andasol использует около 28 000 тонн расплава соли для аккумуляции тепла Солнца с последующим использованием ночью или в дождливый день. Соль хранится в огромных чанах, способная по команде впитывать дополнительное тепло или нагревать масло.

“Каждый день турбина работает очень долго, ведь у нас есть возможность использовать запасы и также планировать производство электричества”, - рассказывает Свен Мурманн (Sven Moormann), представитель Solar Millennium, немецкой компании строящей электростанцию Andasol.

Компании Abengoa Solar и Arizona Public Services недавно начали использовать технологию литой соли в США. Это произошло на электростанции Solana, расположенной в 100 километрах к юго-западу от Финикса, США, на площади почти в 500 га. По завершению строительства эта электростанция, должна производить достаточно электричества для питания 70 000 домов.

“Главное в использовании расплава солей - то, что вы можете получить больше энергии”, - рассказывает Барбара Локвуд (Barbara Lockwood), руководитель отдела возобновляемых источников энергии компании Arizona Public Services.

Расплав солей можно использовать не только для накопления тепла. Он также может непосредственно использоваться как теплоноситель башенных солнечных тепловых электростанций, который работают с намного более высокой температурой.

Электростанции, работающие с расплавом в качестве теплоносителя, имеют рабочую температуру более 500 градусов Цельсия, что близко к температурам угольных электростанций. Ночью, когда температуры понижаются, охлаждённый расплав, которые уже передала свою энергию пару, опускается вниз башни, где хранятся в резервуарах, готовый к дневному нагреву.

Кроме того, часто строятся более дешевые солнечные башни без расплава солей – например, гелиоэнергетическая установка башенного типа на 11 мегаватт, в которой теплоносителем является вода, непосредственно превращающаяся в пар возле Севильи, Испания. Американская компания Southern California Edison заключила контракт на строительство подобной установки мощностью 1 300 Мвт.

Промышленный масштаб некоторых солнечных тепловых проектов вызвали протесты из-за большой занимаемой площади. Сторонники солнечной тепловой энергии утверждают, что преимущества этой экологически чистой технологии легко перевешивают любое местное воздействие.

“Мы не решим проблему изменения климата, не разместив крупномасштабные солнечные установки на юго-западе США, - рассказывает представитель компании SolarReserve. – Эти установки окажут довольно большое положительное воздействие на экологию”.

Кроме того, есть другой способ использовать эту технологию — снизить выбросы существующих электростанций на ископаемом топливе.

Количество природного газа, нефти, или угля, который должно быть сожжено, может быть уменьшено использованием зеркал солнечной тепловой энергетики для предварительного подогрева пара. Например, установка компании Ausra повысила эффективность угольной электростанции в Австралии, обеспечив 2 000 мегаваттной электростанции 9 мегаватт пара. Компания также надеется сработаться с некоторыми Калифорнийскими поставщиками нефти, которые в настоящее время вводят пар, произведенный при горении природного газа, в старые нефтяные бассейны, чтобы выкачать больше нефти. Её руководители утверждает, что они могут произвести этот пар без выброса парниковых газов, используя солнечную тепловую технологию.

Консорциум Electric Power Research Institute, изучает потенциал новой технологии, чтобы уменьшить потребление ископаемого топлива на электростанциях Аризоны, Нью-Мехико, Невады, и Северной Каролины.

“Люди должны смотреть на солнечную энергетику как на ограничитель цен на ископаемое топливо. Сегодня мы просто можем начать развертывать новый тип электростанций. Обычно мы жжём уголь и природный газ — теперь мы можем использовать Солнце, чтобы сделать пар”.

По материалам Yale Environment 360

-----------

Что может согреть нас зимой? Конечно же шуба. К тому же сегодня можно заказать пошив шубы по вашему индивидуальному заказу.