СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
В данном разделе я бы хотела рассказать о солнечной энергетике, как о наиболее перспективном направлении в нетрадиционной энергетике. Она основана на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Всем известно, что солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределенного производства энергии.
Солнечная электростанция (СЭС) – это инженерное сооружение, служащее для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.
Различают более 7 типов солнечных электростанций, но я опишу только некоторые из них.
- Типы солнечных электростанций
- 1. СЭС, использующие фотобатареи
- 2. СЭС башенного типа
- 3. СЭС, использующие двигатель Стирлинга
- 4. Комбинированные СЭС
Солнечные электростанции башенного типа продуктивно работают в составе объемных соединений с сетью электростанций мощностью 30–200 МВт, между тем конструкции тарельчатого вида состоят из модулей и могут использоваться как самостоятельно, так и группами общей мощностью в несколько МВт. Современные автономные солнечные электростанции могут получить гораздо большее распространение в индивидуальной электрификации частных домов и небольших общественных зданий из-за своей мобильности и небольших размеров.
Электростанции башенного и тарелочного типа позволяют получить более высокое КПД преобразования солнечной энергии в электрическую при меньшей стоимости оборудования, чем у параболических, поэтому они также имеют все шансы стать электростанциями ближайшего будущего.
СЭС, использующие фотобатареи
На четвертом курсе университета мне удалось побывать на двух СЭС такого типа, которые находятся на Крымском полуострове. Мощность первой электростанции (поселок Николаевка) составляет 70 МВт. Территория охватывает более 110 га земли и состоит из 290 048 поликристаллических солнечных модулей, которые установлены на четырехрядной системе крепления. Одна из самых мощных СЭС в мире (по состоянию на 2013 г.) находится в поселке Перово и общая мощность кристаллических солнечных фотоэлектрических модулей составляет 105 МВт. Электростанция состоит из 440 000 кристаллических солнечных фотоэлектрических модулей и охватывает территорию площадью более 200 га. СЭС этого типа в настоящее время очень распространены, так как в общем случае ЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров.
Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные дома, пансионаты, санатории, промышленные здания и т.д.). Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями, что очень выгодно для курортных поселков. Мощности этих электростаций колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением небольшого поселка.
СЭС башенного типа
Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров, на вершине которой находится резервуар с водой. Этот резервуар покрыт черным цветом для поглощения теплового излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.
Гелиостат – зеркало площадью в несколько квадратных метров, закрепленное на опоре и подключенное к общей системе позиционирования. То есть, в зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Основная и самая трудоемкая задача – это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар.
В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700 градусов. Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины. Фактически на станциях такого типа можно получить сравнительно большой КПД (около 20%) и высокие мощности.
На Крымском полуострове в поселке Щелкино была построена эксперементальная станция этого типа мощностью 5 МВт. Запущена станция была еще в 1986 году и находилась на территории Крымской АЭС. Но из-за больших трудностей в эксплуатации она была ликвидирована.
СЭС, использующие двигатель Стирлинга
Представляют собой СЭС с параболическими концентраторами, у которых в фокусе установлен двигатель Стирлинга. Существуют конструкции двигателей Стирлинга, которые непосредственно преобразуют колебания поршня в электрическую энергию, без использования кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет достичь высокой эффективности преобразования энергии. Эффективность таких электростанций достигает 31,25%. В качестве рабочего тела используется водород или гелий [1].
Комбинированные СЭС
Комбинированные электростанции могут совмещать в себе несколько типов солнечных электростанций.
Так например на одной территории станции будут запараллелены установки тарельчатого или параболического типа и солнечных батарей. Также, другим примером может служить то, когда на солнечной электростанции дополнительно устанавливают теплообменные конструкции для получения горячей воды, которая может быть использована для горячего водоснабжения, отопления или технических потребностей.
Часто на солнечных электростанциях (СЭС) различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС [2].
Количество солнечной энергии, поступающей на Землю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и других энергетических ресурсов. Использование всего лишь 0,0125 % могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% – полностью покрыть потребности в будущем. Преимущества технологий, использующих энергию солнца, в том, что при работе солнечных установок практически не добавляется тепло в приземные слои атмосферы, не создается тепличный эффект и не происходит загрязнения воздуха. Но у солнечной энергии есть недостаток – ее зависимость от состояния атмосферы, времени суток и года.
Список источников