В дополнение
к прямому использованию солнечного тепла, в регионах с высоким уровнем
солнечной радиации ее можно использовать для получения пара, который
вращает турбину и вырабатывает электроэнергию. Производство солнечной
тепловой электроэнергии в крупных масштабах достаточно конкурентоспособно.
Промышленное применение этой технологии берет свое начало в 1980-х;
с тех пор эта отрасль быстро развивалась. В настоящее время энергокомпаниями
США уже установлено более 400 мегаватт солнечных тепловых электростанций,
которые обеспечивают электричеством 350 000 человек и замещают эквивалент
2,3 млн баррелей нефти в год. Девять электростанций, расположенных в
пустыне Мохаве (в американском штате Калифорния) имеют 354 МВт установленной
мощности и накопили 100 лет опыта промышленной эксплуатации. Эта технология
является настолько развитой, что, по официальным сведениям, может соперничать
с традиционными электрогенерирующими технологиями во многих районах
США. В других регионах мира также скоро должны быть начаты проекты по
использованию солнечного тепла для выработки электроэнергии. Индия,
Египет, Марокко и Мексика разрабатывают соответствующие программы, гранты
для их финансирования предоставляет Глобальная программа защиты окружающей
среды (GEF). В Греции, Испании и США новые проекты разрабатываются независимыми
производителями электроэнергии.
По способу
производства тепла солнечные тепловые электростанции подразделяют на
солнечные концентраторы (зеркала) и солнечные пруды.
СОЛНЕЧНЫЕ
КОНЦЕНТРАТОРЫ
Такие электростанции
концентрируют солнечную энергию при помощи линз и рефлекторов. Так как
это тепло можно хранить, такие станции могут вырабатывать электричество
по мере надобности, днем и ночью, в любую погоду.
Большие
зеркала - с точечным либо линейным фокусом - концентрируют солнечные
лучи до такой степени, что вода превращается в пар, выделяя при этом
достаточно энергии для того, чтобы вращать турбину. Фирма "Luz
Corp." установила огромные поля таких зеркал в калифорнийской пустыне.
Они производят 354 МВт электроэнергии. Эти системы могут превращать
солнечную энергию в электричество с КПД около 15 %.
Все описываемые
технологии, кроме солнечных прудов, для достижения высоких температур
применяют концентраторы, которые отражают свет Солнца с большей поверхности
на меньшую поверхность приемника. Обычно такая система состоит из концентратора,
приемника, теплоносителя, аккумулирующей системы и системы передачи
энергии.
Солнечное
тепло можно сберегать разными способами. Современные технологии включают
параболические концентраторы, солнечные параболические зеркала и гелиоэнергетические
установки башенного типа. Их можно комбинировать с установками, сжигающими
ископаемое топливо, а в некоторых случаях адаптировать для аккумуляции
тепла. Основное преимущество такой гибридизации и теплоаккумуляции -
это то, что такая технология может обеспечивать диспетчеризацию производства
электричества (то есть выработка электроэнергии может производиться
в периоды, когда в ней есть необходимость). Гибридизация и аккумулирование
тепла могут повысить экономическую ценность производимого электричества
и снизить его среднюю стоимость.
Солнечные
параболические концентраторы
В
этих установках используются параболические зеркала (лотки), которые
концентрируют солнечный свет на приемных трубках, содержащих жидкость-теплоноситель.
Эта жидкость нагревается почти до 400 оC и прокачивается через ряд теплообменников;
при этом вырабатывается перегретый пар, приводящий в движение обычный
турбогенератор для производства электричества. Для снижения тепловых
потерь приемную трубку может окружать прозрачная стеклянная трубка,
помещенная вдоль фокусной линии цилиндра. Как правило, такие установки
включают в себя одноосные или двуосные системы слежения за Солнцем.
В редких случаях они являются стационарными.
Построенные
в 80-х годах в южно-калифорнийской пустыне фирмой "Luz International",
девять таких систем образуют крупнейшее на сегодняшний день предприятие
по производству солнечного теплового электричества. Эти электростанции
поставляют электричество в коммунальную электросеть Южной Калифорнии.
Еще в 1984 г. "Luz International" установила в Деггетте (Южная
Калифорния) солнечную электрогенерирующую систему "Solar Electric
Generating System I" (или SEGS I) мощностью 13,8 МВт. В приемных
трубках масло нагревалось до температуры 343 оC и вырабатывался пар
для производства электричества. Конструкция "SEGS I" предусматривала
6 часов аккумулирования тепла. В ней применялись печи на природном газе,
которые использовались в случае отсутствия солнечной радиации. Эта же
компания построила аналогичные электростанции "SEGS II - VII"
мощностью по 30 МВт. В 1990 г. в Харпер Лейк
были построены
"SEGS VIII и IX", каждая мощностью 80 МВт. Из-за многочисленных
законодательных и политических трудностей компания "Luz International"
и ее филиалы 25 ноября 1991 года известили о своем банкротстве. Теперь
станциями "SEGS I - IX" управляют другие фирмы по старому
контракту с "Southern California Edison". От планов постройки
"SEGS X, XI, XII" пришлось отказаться, что означает потерю
дополнительных 240 МВт запланированной мощности.
Оценки
технологии показывают ее более высокую стоимость, чем у солнечных электростанций
башенного и тарельчатого типа (см. ниже), в основном, из-за более низкой
концентрации солнечного излучения, а значит, более низких температур
и, соответственно, эффективности. Однако, при условии накопления опыта
эксплуатации, улучшения технологии и снижения эксплуатационных расходов
параболические концентраторы могут быть наименее дорогостоящей и самой
надежной технологией ближайшего будущего.
Солнечная
установка тарельчатого типа
Этот
вид гелиоустановки представляет собой батарею параболических тарелочных
зеркал (схожих формой со спутниковой тарелкой), которые фокусируют солнечную
энергию на приемники, расположенные в фокусной точке каждой тарелки.
Жидкость в приемнике нагревается до 1000 оС и непосредственно применяется
для производства электричества в небольшом двигателе и генераторе, соединенном
с приемником.
В настоящее время в разработке находятся двигатели Стирлинга и Брайтона.
Несколько опытных систем мощностью от 7 до 25 кВт работают в Соединенных
Штатах. Высокая оптическая эффективность и малые начальные затраты делают
системы зеркал/двигателей наиболее эффективными из всех гелиотехнологий.
Системе из двигателя Стирлинга и параболического зеркала принадлежит
мировой рекорд по эффективности превращения солнечной энергии в электричество.
В 1984 году на Ранчо Мираж в штате Калифорния удалось добиться практического
КПД 29%.
Вдобавок
к этому, благодаря модульному проектированию, такие системы представляют
собой оптимальный вариант для удовлетворения потребности в электроэнергии
как для автономных потребителей (в киловаттном диапазоне), так и для
гибридных (в мегаваттном), соединенных с электросетями коммунальных
предприятий.
Эта технология
успешно реализована в целом ряде проектов. Один из них - проект STEP
(Solar Total Energy Project) в американском штате Джорджия. Это крупная
система параболических зеркал, работавшая в 1982-1989 гг. в Шенандоа.
Она состояла из 114 зеркал, каждое 7 метров в диаметре. Система производила
пар высокого давления для выработки электричества, пар среднего давления
для трикотажного производства, а также пар низкого давления для системы
кондиционирования воздуха на той же трикотажной фабрике. В октябре 1989
г. энергокомпания закрыла станцию из-за повреждений на главной турбине
и нехватки средств для ремонта станции.
Совместное
предприятие "Sandia National Lab" и "Cummins Power Generation"
в настоящее время пытается поставить на коммерческие рельсы систему
мощностью 7,5 кВт. "Cummins" надеется продавать 10 000 единиц
в год к 2004 г. Совместным использованием параболических зеркал и двигателей
Стирлинга заинтересовались и другие компании. Так, фирмы "Stirling
Technology", "Stirling Thermal Motors" и "Detroit
Diesel" совместно с корпорацией "Science Applications International
Corporation" создали совместное предприятие с капиталом 36 млн
долларов с целью разработки 25-киловаттной системы на базе двигателя
Стирлинга.
Солнечные
электростанции башенного типа с центральным приемникомСолнечные электростанции
башенного типа с центральным приемником
В
этих системах используется вращающееся поле отражателей-гелиостатов.
Они фокусируют солнечный свет на центральный приемник, сооруженный на
верху башни, который поглощает тепловую энергию и приводит в действие
турбогенератор. Управляемая компьютером двуосная система слежения устанавливает
гелиостаты так, чтобы отраженные солнечные лучи были неподвижны и всегда
падали на приемник. Циркулирующая в приемнике жидкость переносит тепло
к тепловому аккумулятору в виде пара. Пар вращает турбину для выработки
электроэнергии, либо непосредственно используется в промышленных процессах.
Температуры на приемнике достигают от 538 до 1482 оC.
Первая башенная электростанция под названием "Solar One" близ
Барстоу (Южная Калифорния) с успехом продемонстрировала применение этой
технологии для производства электроэнергии. Предприятие работало в середине
1980-х. На нем использовалась водно-паровая система мощностью 10 МВтэ.
В 1992 г. консорциум энергетических компаний США принял решение модернизировать
"Solar One" для демонстрации приемника на расплавленных солях
и теплоаккумулирующей системы. Благодаря аккумулированию тепла башенные
электростанции стали уникальной гелиотехнологией, позволяющей диспетчеризацию
электроэнергии при коэффициенте нагрузки до 65%. В такой системе расплавленная
соль закачивается из "холодного" бака при температуре 288
оC и проходит через приемник, где нагревается до 565 оC, а затем возвращается
в "горячий" бак. Теперь горячую соль по мере надобности можно
использовать для выработки электричества. В современных моделях таких
установок тепло хранится на протяжении 3 - 13 часов.
"Solar
Two" - башенная электростанция мощностью 10 МВт в Калифорнии -
это прототип крупных промышленных электростанций. Она впервые дала электричество
в апреле 1996 г., что явилось началом 3-летнего периода испытаний, оценки
и опытной выработки электроэнергии для демонстрации технологии расплавленных
солей. Солнечное тепло сохраняется в расплавленной соли при температуре
550 оC, благодаря чему станция может вырабатывать электричество днем
и ночью, в любую погоду. Успешное завершение проекта "Solar Two"
должно способствовать строительству таких башен на промышленной основе
в пределах мощности от 30 до 200 МВт.
По
материалам: http://air.1kz.biz
|