Чистая энергия#2. Это солёное солнце

В предыдущей статье цикла мы рассмотрели ветряные электростанции и успели впечатлиться темпами развития этого направления в ряде западных стран. Однако, на одном лишь ветре альтернативы ископаемому топливу не заканчиваются. И сегодня мы рассмотрим следующую из них – энергию солнца!

У большинства из нас солнцечная энергетика ассоциируется лишь с капризными, весьма дорогими и обладающими далеким от желаемого уровня КПД солнечными батареями. Однако в последние годы и у этой технологии родом из 70-х появилась масса альтернатив. Основная проблема солнечных батарей, помимо вышеперечисленных недостатков, заключается в том, что мощности на их основе могут генерировать электроэнергию лишь в светлое время суток. Ночью же приходится лишь расходовать заряд аккумуляторных батарей или переключаться на альтернативные источники. По понятным причинам экономический эффект от такого режима эксплуатации оставляет желать лучшего.

Так мы представляем себе солнечную энергию

Прекрасно осознавая все это, ученые и конструкторы в последнее время склонны отводить традиционным фотоэлементам главенствующую роль лишь в космических программах. Там, где смена дня и ночи не играет практически никакой роли, а безвоздушное пространство не предполагает влияния каких-либо погодных эффектов на КПД такой установки. В том же, что касается геостационарных условий, ставки сделаны на их всевозможные альтернативы. В частности, человечество снова вспомнило о технологии с более чем двухтысячелетней историей – о параболическом зеркале, фокусирующем отражаемый им солнечный свет в одной точке. Предложенное еще самим Архимедом в качестве противокорабельного оружия, такое решение сегодня легло в основу целой промышленной отрасли – гелиотермальной энергетики.

Зеркало Архимеда

Суть метода конвертации солнечного света в электричество относительно проста. Как можно большее количество параболических зеркал-линз единовременно фокусируют отраженный пучек света на теплопроводящем элементе-приемнике. А тот в свою очередь передает полученную тепловую энергию аккумулирующему ее носителю, обладающему достаточной теплоемкостью, чтобы сохранять температуру продолжительное время. Далее такой аккумулирующий элемент, которым чаще всего выступают различные минеральные соли, передает тепло емкостям с водой. В следствии чего образуется пар, вращающий генерирующие электроэнергию турбины. Аккумулирующие тепло емкости с солью способны сохранять нужную для работы температуру на протяжении 15 часов в темное время суток. А сама гелиотермальная электростанция способна поддерживать близкий к максимальному КПД на протяжении ~250 дней в году с учетом правильного географического расположения.

Принцип работы гелиотермальных электростанций

Выбросы СО2 в атмосферу, вызванные парообразованием, столь ничтожны, что вполне вписываются в рамки математической погрешности. Выделение же во время работы станции других экологически опасных веществ и вовсе отсутствует. Таким образом гелиотермальная энергетика безо всяких поблажек подходит под определение экологически чистой. Но, как и у любой рукотворной технологии, и здесь есть свои недостатки. Первейшим из них следует считать требовательность к географическому расположению такого рода мощностей. Высокую эффективность гелиотермальная станция сможет демонстрировать лишь начиная с субротпических широт. Но и здесь есть оговорки. Для бесперебойной работы зеркал необходимо минимальное количество осадков. Капли воды на их поверхности играют роль рассеивающих микро-линз, снижая тем самым мощность фокусируемого пучка света. Это делает пустыни и другие регионы с как можно более сухим климатом приоритетными локациями. Однако, такого рода регионы неизбежно потребуют строительство каналов и других инфраструктурных сооружений для непрерывного снабжения электростанции водой. Что повышает изначальную стоимость проекта в разы.

Gemasolar в действии

Помимо географической переборчивости, гелиотермальная станция нуждается в очень точной и бесперебойно работающей системе автоматического управления углами наклона и поворотом зеркал в зависимости от текущего расположения солнца. Разработка и обслуживание столь сложной, способной одновременно оперировать сотнями и даже тысячами зеркал на огромных площадях системы стоят немалых денег. А потому практический смысл имеет лишь создание очень мощных, полностью окупающих свое строительство и содержание установок такого типа. Показательным примером может служить расположенная в Испании электростанция Gemasolar. Крупнейшая в мире установка, работающая по гелиотермальному принципу, она ежегодно вырабатывает 110 Гигаватт электроэнергии, что составляет ~25% от всей общемировой выработки ветряных электростанций! Раскинувшаяся на 195-ти гектарах, электростанция насчитывает 2650 зеркал, площадь каждого составляет 120 м².  С момента ввода в эксплуатацию в 2011 году, она обеспечивает электроэнергией ~30 тысяч домов провинции Севилья. Масштабы и сложность этого объекта поражают воображение. Однако никакие сложности не пугают правительства стран и регионов, климатические условия которых благоприятствуют постройке аналогичных Gemasolar установок. И в ближайшие годы следует ожидать открытия таких станций в южных штатах США, Мексике и Греции.

Вот и всё на сегодня. В следующей статье цикла мы поговорим о гидротермальных электростанциях. До скорого!