Солнечная башня пожинает лучи с зеркальных полей. Солнечные башни испании
Фото: © Markel Redondo / Greenpeace
Предлагаем вашему вниманию подборку фотографий, иллюстрирующих развитие солнечной энергетики Испании. На фото - не традиционные фотоэлектрические панели, а станции, концентрирующие солнечную энергию (по-английски, CSP - concentrating solar power).
На этих станциях производят тепловую и электрическую энергию. Сотни зеркал концентрируют солнечные лучи, нагревая теплоноситель. Полученное тепло затем используется для обычного производства электроэнергии, например, посредством паровой или газовой турбины или двигателя Стирлинга.
Зеркала могут иметь разнообразную форму, применять различные методы отслеживания положения солнца, использовать разные способы производства полезной энергии, но принцип их работы одинаков. Сегодня мощность отдельных таких станций составляет, как правило, 50 – 280 мВт (в зависимости от размера), но она может быть и больше. Концентрические станции, как правило, значительно больше фотоэлектрических установок (использующих солнечный свет напрямую для производства электроэнергии).
Но у CSP-станций есть одно большое преимущество. Технология позволяет аккумулировать энергию . Солнечное тепло, собираемое в течение дневного времени, может храниться в жидких или твердых средах (расплав солей, керамика, бетон). Ночью оно может извлекаться и поддерживать работу турбины.
По прогнозам , CSP сможет обеспечивать 7% мировых потребностей в энергии к 2030 году и до четверти - к 2050. На сегодняшний день установленные мощности CSP в мире - около 1 ГВт. Стоимость энергии, получаемой на таких станциях 14-18 центов за кВт час.
Доклад Гринпис о CSP-станциях и перспективах их развития: http://www.greenpeace.org/raw/content/international/press/reports/concentrating-solar-power-2009.pdf
Статья о солнечных башнях Испании на Мембране: http://www.membrana.ru/particle/3189
La Dehesa, 50 МВт параболическая станция с системой аккумулирования энергии в расплаве соли. Ежегодное производство электроэнергии 160 миллионов КВт час. На станции установлено 225792 зеркал и 672 солнечных коллектора, общая протяженность которых больше 100 км.
Зал управления работой станции.
11 МВт станция. Площадь каждого зеркала - 120 кв. метров. Солнечные лучи концентрируются на вершине 115 метровой башни, где расположена турбина, вращающая генератор, который и производит электроэнергию.
Производство комплектующих для станции.
Стеклянные трубки, в которых находится теплоноситель.
15 МВт станция. Здесь также используют солевой расплав для аккумуляции энергии. Система позволяет отдавать запасенную энергию в течение 16 часов! Станция успешно работает 6570 часов в году (из 8769 возможных).
Солнечная башня.
Все фото: © Markel Redondo / Greenpeace
В наш век альтернативные источники энергии получают все большую популярность. Образцовым городом по внедрению инновационных технологий можно называть Севилью, финансовую и культурную столицу южной Испании. Здесь установлена первая в мире коммерческая солнечная электростанция.
Окрестности Севильи, где установлена солнечная электростанция, напоминают настоящее зазеркалье. В центре стоят две гигантских башни PS10 и PS20, высота которых сравнима с 40-этажными зданиями. Вокруг башни PS10 – 624 гелиостата, огромных зеркала, которые отслеживают солнечные лучи и перенаправляют их на вершину башен. Там установлены паровые турбины, перерабатывающие солнечный свет в электроэнергию. Башня PS20, которая будет введена в эксплуатацию до конца 2013 года, еще более мощная, ее окружают 1255 зеркал. Предполагается, что функционирование башен предотвратит выбросы углекислого газа в атмосферу в размере 600 тысяч тонн ежегодно в течение 25 лет.
Сейчас солнечная электростанция обеспечивает 60 тысяч домов, когда проект будет завершен, эта цифра вырастет до 180 тысяч. Планируется, что мощность обеих башен в сумме достигнет 300 МВт. Безусловно, цены на такую электроэнергию пока выше, чем на традиционные источники. Однако со временем цена нормализуется за счет увеличесния объемов производства.
Завораживающее и загадочное сооружение возвышается с недавних пор над полями в районе Санлукар-ла-Майор (Sanlucar la Mayor), недалеко от центра Севильи. Современная водонапорная башня, научная установка, зернохранилище? Но откуда здесь многочисленные яркие световые стрелы, словно прорезающие воздух? Они видны за многие километры.
PS10 — первая в Европе коммерческая термальная солнечная электростанция довольно редкого типа — «солнечная башня» (solar power tower) официально вступила в строй 30 марта нынешнего года. Мощность станции, возведённой в Андалусии, составляет 11 мегаватт.
Принцип её работы прост: поле из множества гелиостатов — зеркал, отслеживающих движение Солнца, собирает свет и направляет его на вершину высокой башни, где яркий солнечный зайчик превращает воду в пар. Пар бежит по трубам и, в конечном счёте, крутит турбины, соединённые с электрическими генераторами.
PS10. Свет от сотен больших зеркал столь ярок, что заставляет светиться пыль и влагу в воздухе, благодаря чему и видны лучи, атакующие красивую белую башню. Кстати, те зеркала, что видны на переднем плане - не работают на башню. Это просто стоящие рядом фотоэлектрические панели с концентраторами. Зеркала же, направленные на солнечную башню, с этого ракурса не видны (фото Solúcar).
По такой схеме не раз создавались установки во многих странах, но электростанция, управляемая компанией Solúcar Energía , филиалом промышленного гиганта Abengoa , пожалуй, самая внушительная из всех.
Её 624 зеркала, площадью по 120 квадратных метров каждое, направляют свет на красивую бетонную башню, высотой 115 метров. Башню эту можно назвать произведением искусства – огромный фигурный вырез в ней придаёт сооружению визуальную лёгкость.
Солнечная башня во время строительства. Возвышающееся над сельской местностью сооружение издалека выглядит внушительно. Вблизи тоже (фотографии Solúcar).
Не меньшее впечатление производит и свет вокруг.
«Когда я вышел из автомобиля, я едва мог открыть глаза — сцена была слишком ярка. Постепенно, вооружившись тёмными очками, я разглядел ряды зеркал и центр, в который сходились их лучи – набор труб наверху башни» – так передаёт свои впечатления от встречи с PS10 Дэвид Шукман (David Shukman), корреспондент BBC, побывавший недавно на этой станции и даже отважившийся забраться наверх башни во время её работы.
Сначала он ехал на лифте. Но последние четыре этажа пришлось идти пешком. Ступеньки, ведущие на крышу, Дэвиду показались обжигающими. Вообще он сравнил верхние этажи башни с сауной, несмотря на наличие мощной теплоизоляции парогенератора.
И такой нагрев верхушки башни даром не пропадает. Новая испанская электростанция может генерировать до 24,3 гигаватт-часов в год.
Дэвид Шукман на крыше, возможно, самой высокой «сауны» в мире (фотографии BBC).
С новой станцией Испания вырвалась вперёд в данной технологии утилизации солнечного света, но сама идея таких башен далеко не нова.
Из крупных сооружений такого типа можно вспомнить проект Solar One — Solar Two . Эта демонстрационная солнечная электростанция работала и развивалась с 1981 по 1999 годы в пустыне Мохаве (Калифорния). В последней версии (Solar Two) солнечную башню этой станции окружали 1926 гелиостатов, общей площадью почти 83 тысячи квадратных метров. Её мощность превышала 10 мегаватт.
Интересно, что солнечный свет грел не воду, а промежуточный теплоноситель — расплавленную соль. Это была смесь нитрата натрия и нитрата калия. От неё уже закипала вода, дающая пар для турбин (в первом варианте станции — Solar One – теплоносителем являлось масло).
Этот приём позволил Solar Two накапливать тепло про запас. В облачную погоду или вечером турбины работали на энергии, сохранённой в больших цистернах с горячей солью.
Солнечная электростанция Solar Two (фотографии с сайтов en.wikipedia.org и parsnip.evansville.edu).
Та башня и поле зеркал никуда не делись и сейчас. Только в 1999 году учёные переделали Solar Two в гигантский детектор черенковского излучения, для изучения воздействия на атмосферу космических лучей.
Опыт американцев, однако, не пропал: при их помощи и по аналогичному проекту в Испании должны возвести станцию Solar Tres на 15 мегаватт.
Проект предусматривает постройку высокой солнечной башни, окружённой 2493 зеркалами по 96 квадратных метров каждое (смотрите также эту страничку проекта). Общая площадь зеркал составит 240 тысяч квадратных метров.
Вместительное хранилище расплавленной соли (нагретой до температуры 565 градусов по Цельсию) сможет обеспечивать работу парогенераторов в течение 16 часов после захода Солнца. Так что летом генераторы станции не будут останавливаться ни днём, ни ночью.
Внешне Solar Tres будет похожа на Solar Two. А пока можно посмотреть только на схему станции. Розовым показано хранилище горячей соли, синим - холодной. Красным - парогенератор, соединённый с турбиной и конденсатором (иллюстрация с сайта solarpaces.org).
Еврокомиссия выделила на это чудо 5 миллионов евро. Создаёт станцию международная организация SolarPACES , участвовавшая и в создании PS10. При этом в проектировании и постройке Solar Tres задействованы компании из Испании, Франции, Чехии и США.
Интересно, что и в PS10 предусмотрено аккумулирование энергии. Только непосредственно в виде горячего водяного пара, сохраняемого в наборе из больших цистерн. Его запаса хватает на один час работы турбин без Солнца, так что ночной перерыв эта система не перекрывает, но всё же даёт станции некоторую гибкость на случай временно набежавших тучек.
Надо заметить, что PS10 – не единственная солнечная электростанция в Испании. Здесь работают ещё несколько крупных солнечных сооружений самых различных типов. Но проект PS10 представляет собой особый интерес: в том же месте инженеры планируют возвести ещё одну установку–близнец под называнием PS20. Только она уже будет генерировать мощность в 20 мегаватт, собирая свет от большего количества зеркал.
Создано 28.07.2011 12:13 Пустыня и солнце – понятия неразделимые. Потому неудивительно, что пустыни по всему миру магнитом притягивают любые мало-мальски серьезные компании, специализирующиеся на солнечной энергетике – где еще небесное светило будет столь неизменно ответственно выполнять людские прихоти? Пустыня в штате Аризона (США) тоже не избежала пристального внимания «солнечных» специалистов. Именно здесь австралийская компания EnviroMission готовится воплотить свой первый, крайне амбициозный проект создания полномасштабной солнечной электростанции (так называемой «солнечной башни»).
«Полномасштабной» – это еще мягко сказано. По задумке разработчиков, электростанция будет просто-таки огромной! По завершению работ 800-метровая «солнечная башня» станет одним из самых высоких строений во всем мире. Общая производительность, оцененная в 200 мегаватт, позволит ей снабжать возобновляемой энергией 150 тысяч окрестных городов на протяжении как минимум 80 лет.
Генеральный директор EnviroMission Роджер Дэви (Roger Davey) объяснил журналистам принцип работы «солнечной башни», поделился подробностями относительно подготовки к «Аризонскому проекту» и рассказал о причинах, по которым проект не мог быть реализован в родной для компании-разработчика Австралии.
Как это работает
Идея, лежащая в основе «солнечной башни» от EnviroMission, предельно проста. Солнце освещает и нагревает участок земли у подножия башни, покрытый теплоизолирующим материалом и представляющий собой что-то вроде очень большой теплицы. Нагретый воздух стремится вверх, стекаясь к единственному (центральному) отверстию в покрытии. Именно здесь, в основании башни, находятся турбины, которые и производят электричество за счет естественного восходящего потока воздуха.
Такую систему сложно воспринимать всерьез до тех пор, пока не рассчитаешь необходимую разницу температур и не увеличишь многократно масштаб всего сооружения – что и проделали разработчики. Если поместить башню в жаркую пустынную местность, где температура поверхности днем достигает 40 градусов Цельсия, и прибавить влияние искусственно созданного «парникового эффекта», то температура в воздушном резервуаре составит уже 80-90 градусов Цельсия. Остается увеличить теплицу-резервуар вокруг башни так, чтобы радиус ее достигал нескольких сотен метров, – и получишь солидный объем горячего воздуха.
Нелишним будет также увеличить высоту башни до нескольких сотен метров (каждые сто метров отдаления от поверхности земли означают понижение температуры воздуха на один градус). Чем больше разность температур, тем сильнее башня «втягивает» горячий воздух со дна, и тем больше энергии производят турбины.
Преимущества такого источника энергии очевидны:
- Поскольку электростанция функционирует за счет перепада температур, а не абсолютной температуры, то она будет продолжать работать в любую погоду;
- Поскольку за день почва успевает сильно нагреться, остаточного тепла хватит для продолжения работы ночью;
- Поскольку для означенной цели лучше всего подходит участок сухой раскаленной почвы, то и возводить «солнечную башню» можно на более-менее бесполезном пространстве посреди пустыни;
- Электростанция практически не требует техобслуживания – за исключением редкого осмотра и/или ремонта турбин башня «просто работает» – с начала постройки и до тех пор, пока существуют входящие в ее состав конструкции;
- «Солнечной башне» не требуется сырье – ни уголь, ни уран, ничего, кроме воздуха и солнечного света;
- Она абсолютно безотходна и не выбрасывает никаких загрязняющих веществ, кроме теплого воздуха; определенные участки теплицы даже могут использоваться по прямому назначению для выращивания растений.
Проект Аризона в цифрах
То, что планируют разработчики из EnviroMission – отнюдь не первая попытка создания «солнечной башни». Опытная модель, построенная в Испании, функционировала на протяжении семи лет (с 1982 по 1989 год) и доказала работоспособность технологии.
Однако на этот раз все будет намного масштабнее. Как уже говорилось, проектная высота башни составляет 800 метров (всего на 30 метров ниже дубайского Бурж Халифа, самого высокого здания в мире на 2010 год), диаметр в верхней части – 130 метров.
На данный момент разработчики из EnviroMission заняты покупкой земельного участка и составлением проектной документации. Стоимость постройки, по их оценке, составит 750 миллионов долларов США. Энергоэффективность электростанции ожидается на уровне 60%, что делает ее намного эффективнее и надежнее других возобновляемых источников энергии.
Куда направится произведенная «солнечной башней» энергия, известно заранее - недавно Государственное энергетическое управление Южной Калифорнии подписало с EnviroMission соглашение о сотрудничестве (предварительной покупке электроэнергии) сроком на 30 лет. Исходя из результатов финансового моделирования, постройка башни окупится всего за 11 лет, притом, что ее конструкция рассчитана на более 80 лет службы.
По условиям договора, электроэнергию в американские дома аризонская «солнечная башня» станет поставлять уже в начале 2015 года.
Этот генератор был изобретён шотландским священником Робертом Стирлингом в 1816 году. По КПД он превосходит и дизель, и искровой ДВС, но до сих пор остаётся экзотикой. Однако американцы считают, что стирлинг может стать альтернативой альтернативной энергетике.
Прежде, чем рассказать о проекте американских энергетиков, нужно сказать пару слов о стирлинге — двигателе. В отличие от дизеля и бензинового ДВС это — двигатель внешнего сгорания. Его тепловой замкнутый цикл кардинально отличается от циклов Отто или Дизеля.
Так, нагрев рабочего газа в цилиндре стирлинга (при подводе тепла извне) происходит при практически постоянном объёме, затем идёт расширение при почти постоянной температуре, потом газ перемещается отдельным поршнем-вытеснителем в холодную зону, где происходит охлаждение при почти постоянном объёме.
При этом в канале между горячей и холодной областью часто ставят пористый теплорегенератор, который ускоряет охлаждение и нагрев газа при его движении в ту или иную сторону.
Разумеется, машина, построенная непосредственно мистером Стирлингом, отличается от современных стирлингов так же сильно, как первые дизели, созданные самим Рудольфом Дизелем от дизельных моторов XXI века. Но принцип остался тем же.
Теоретически КПД Стирлинга может совпадать с физическим пределом, определяемым разностью температур "печки" и "холодильника", да и на практике можно получить от стирлингов КПД порядка 70%, что раза в два выше, чем у хорошего дизеля.
Почему же стирлинг "не пошёл"? Увы, чтобы получить от него сколь-нибудь приемлемую удельную мощность (по отношению к его размерам и весу), как и выжать весь потенциал цикла по КПД, нужно идти на ряд технологических ухищрений, которые сильно удорожают конструкцию.
У стирлинга есть сильные козыри. Это не только КПД, но и почти полное отсутствие шума (никаких взрывов) и возможность работать на любом топливе — от бензина и солярки, до угля, Солнца или атомной энергии.
Собственно, всё, что требуется — это нагревать чем-то определённый узел этого мотора — верхнюю часть закрытого цилиндра. Потому стирлинги нашли ограниченное применение (на некоторых подлодках или как вспомогательные генераторы).
Очевидно, преимущества этих двигателей становятся особо выгодными при стационарном использовании, когда собственный вес двигателя не важен. Например, при выработке энергии из солнечного излучения.
Об этом инженеры думали давно, да и кое-какие установки такого типа уже строились. Но, кажется, никто ещё не осмеливался строить солнечные фермы на двигателях стирлинга, чтобы производить электроэнергию в хоть каких-то промышленных масштабах.
И вот американская национальная лаборатория Сандия (Sandia National Laboratories), один из крупнейших научных центров, специализирующийся на энергетике, объявила, что объединила свои усилия с американской компанией Stirling Energy Systems, чтобы построить первые "солнечные фермы", основанные на двигателях стирлинга.
В 2007 году была построена PS10 — первая в Европе коммерческая термальная солнечная электростанция довольно редкого типа — "солнечная башня" (solar power tower) официально вступила в строй 30 марта нынешнего года. Мощность станции, возведённой в Андалусии, составляет 11 мегаватт. Принцип её работы прост: поле из множества гелиостатов — зеркал, отслеживающих движение Солнца, собирает свет и направляет его на вершину высокой башни, где яркий солнечный зайчик превращает воду в пар. Пар бежит по трубам и, в конечном счёте, крутит турбины, соединённые с электрическими генераторами.
Этот способ выработки электричества пока втрое дороже традиционных источников. Но технологии развиваются. И потом, сокращение выбросов парниковых газов у всех на слуху… Впрочем, к чёрту расчёты — это просто красиво (фото BBC).
По такой схеме не раз создавались установки во многих странах, но электростанция, управляемая компанией Solúcar Energía, филиалом промышленного гиганта Abengoa, пожалуй, самая внушительная из всех.
Её 624 зеркала, площадью по 120 квадратных метров каждое, направляют свет на красивую бетонную башню, высотой 115 метров. Башню эту можно назвать произведением искусства - огромный фигурный вырез в ней придаёт сооружению визуальную лёгкость.
Солнечная башня во время строительства. Возвышающееся над сельской местностью сооружение издалека выглядит внушительно. Вблизи тоже (фотографии Solúcar).
Не меньшее впечатление производит и свет вокруг.
"Когда я вышел из автомобиля, я едва мог открыть глаза — сцена была слишком ярка. Постепенно, вооружившись тёмными очками, я разглядел ряды зеркал и центр, в который сходились их лучи - набор труб наверху башни" - так передаёт свои впечатления от встречи с PS10 Дэвид Шукман (David Shukman), корреспондент BBC, побывавший недавно на этой станции и даже отважившийся забраться наверх башни во время её работы.
Сначала он ехал на лифте. Но последние четыре этажа пришлось идти пешком. Ступеньки, ведущие на крышу, Дэвиду показались обжигающими. Вообще он сравнил верхние этажи башни с сауной, несмотря на наличие мощной теплоизоляции парогенератора.
И такой нагрев верхушки башни даром не пропадает. Новая испанская электростанция может генерировать до 24,3 гигаватт-часов в год.
Дэвид Шукман на крыше, возможно, самой высокой "сауны" в мире (фотографии BBC).
С новой станцией Испания вырвалась вперёд в данной технологии утилизации солнечного света, но сама идея таких башен далеко не нова.
Из крупных сооружений такого типа можно вспомнить проект Solar One — Solar Two. Эта демонстрационная солнечная электростанция работала и развивалась с 1981 по 1999 годы в пустыне Мохаве (Калифорния). В последней версии (Solar Two) солнечную башню этой станции окружали 1926 гелиостатов, общей площадью почти 83 тысячи квадратных метров. Её мощность превышала 10 мегаватт.
Интересно, что солнечный свет грел не воду, а промежуточный теплоноситель — расплавленную соль. Это была смесь нитрата натрия и нитрата калия. От неё уже закипала вода, дающая пар для турбин (в первом варианте станции — Solar One - теплоносителем являлось масло).
Этот приём позволил Solar Two накапливать тепло про запас. В облачную погоду или вечером турбины работали на энергии, сохранённой в больших цистернах с горячей солью.
Солнечная электростанция Solar Two (фотографии с сайтов en.wikipedia.org и parsnip.evansville.edu).
Та башня и поле зеркал никуда не делись и сейчас. Только в 1999 году учёные переделали Solar Two в гигантский детектор черенковского излучения, для изучения воздействия на атмосферу космических лучей.
Опыт американцев, однако, не пропал: при их помощи и по аналогичному проекту в Испании должны возвести станцию Solar Tres на 15 мегаватт.
Проект предусматривает постройку высокой солнечной башни, окружённой 2493 зеркалами по 96 квадратных метров каждое. Общая площадь зеркал составит 240 тысяч квадратных метров.
Вместительное хранилище расплавленной соли (нагретой до температуры 565 градусов по Цельсию) сможет обеспечивать работу парогенераторов в течение 16 часов после захода Солнца. Так что летом генераторы станции не будут останавливаться ни днём, ни ночью.
Внешне Solar Tres будет похожа на Solar Two. А пока можно посмотреть только на схему станции. Розовым показано хранилище горячей соли, синим — холодной. Красным — парогенератор, соединённый с турбиной и конденсатором (иллюстрация с сайта solarpaces.org).
Еврокомиссия выделила на это чудо 5 миллионов евро. Создаёт станцию международная организация SolarPACES, участвовавшая и в создании PS10. При этом в проектировании и постройке Solar Tres задействованы компании из Испании, Франции, Чехии и США.
Интересно, что и в PS10 предусмотрено аккумулирование энергии. Только непосредственно в виде горячего водяного пара, сохраняемого в наборе из больших цистерн. Его запаса хватает на один час работы турбин без Солнца, так что ночной перерыв эта система не перекрывает, но всё же даёт станции некоторую гибкость на случай временно набежавших тучек.
Надо заметить, что PS10 - не единственная солнечная электростанция в Испании. Здесь работают ещё несколько крупных солнечных сооружений самых различных типов. Но проект PS10 представляет собой особый интерес: в том же месте инженеры планируют возвести ещё одну установку-близнец под называнием PS20. Только она уже будет генерировать мощность в 20 мегаватт, собирая свет от большего количества зеркал.
Вид PS10 с птичьего полёта. На заднем плане видна площадка, которую готовят под PS20 (фото Solúcar).
А всего к 2013 году различные по принципу действия солнечные установки, которые развернут (и уже разворачивают) на площадке в Sanlucar la Mayor, должны производить 300 мегаватт электрической энергии, что эквивалентно потребностям такого города как Севилья. Эти установки будут самыми разными: свой вклад внесут и солнечные башни, и ряд других систем, основанных на нагреве теплоносителя и парогенераторах, а ещё — обычные наборы фотоэлектрических батарей.
Солнечная станция компании Solúcar в Санлукар-ла-Майор проверяет в деле самые разные технологии. Например, параболические концентраторы с двигателями Стирлинга (на заднем плане — та самая башня) и длиннющие параболические (в поперечном сечении) зеркала с трубами для разогрева теплоносителя (фото Solúcar).
Стоимость возведения таких станций высока и, соответственно, даровое электричество, ими вырабатываемое, нельзя назвать дешёвым. Но по мере развития этих технологий и, в частности, расширения самой "солнечной площадки" в Санлукар-ла-Майор, себестоимость киловатта "с неба" будет падать.
К тому же эти установки предотвратят выброс 600 тысяч тонн углекислого газа в год. Что можно назвать приятным бонусом.