Солнечные башни испании

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.

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

Солнечная башня – австралийские инженеры разработали парник, нагревающий воздух под солнцем (рис. 6.5). Над парником должна располагаться труба, в которой этот воздух создавал бы тягу. Диаметр теплицы должен составить пару километров, а высота трубы - 800 метров. Расчётный КПД такого способа преобразования солнечной энергии - около 60%. Проект реализуется в Аризоне.

В основе Solar Tower лежит огромная круглая теплица. Днём в пустынной местности воздух и в обычных-то условиях прогревается до 40 градусов, а уж под прозрачной плёнкой или стеклом исполинского парника температура может доходить и до 80 °С. По замыслу ученых, нагретый воздух будет стекаться к центру сооружения, где возвышается 800-метровая труба. У её основания будут размещены 32 турбины, вращающие генераторы. Их суммарная пиковая мощность составит 200 мегаватт.

Рис. 6.5. Солнечная башня

Температура окружающего воздуха падает примерно на градус на каждые сто метров высоты. Вместе с нагревом приземного воздуха за счёт эффекта парника это должно обеспечить башне хороший перепад температур снаружи и внутри, а значит, и солидную вертикальную тягу.

Вырабатываемой при помощи Solar Tower энергии будет достаточно, чтобы питать около 100 тысяч типичных домохозяйств или городок с населением свыше ста тысяч человек. При этом по сравнению с обычной тепловой электростанцией равной мощности парник с высочайшей в мире трубой сэкономит выброс порядка 900 тысяч тонн углекислого газа в год.

Преимущества предлагаемой технологии таковы, что тяга в башне зависит не от абсолютного значения температуры в теплице, а от разности температур воздуха в ней и воздуха, окружающего трубу на большой высоте. Потому Solar Tower может работать практически в любую погоду.

Кроме того, такая башня продолжит вырабатывать электрическую энергию и ночью, поскольку за день грунт под теплицей прогреется очень существенно и сможет ещё долго согревать воздух под плёнкой.

Разработчики утверждают, что башня-электростанция практически не потребует обслуживания, кроме периодического осмотра и возможного ремонта турбин и генераторов.

Обойдётся эта электростанция примерно в $750 миллионов. Ожидается, что солнечная энергетическая башня окупит своё возведение всего за 11 лет, а простоять этот энергообъект сможет, по меньшей мере, 80 лет.

По уверению разработчиков, солнечная башня с восходящим потоком сможет действовать даже в облачный день. Рассеянного и прошедшего сквозь облака и дымку излучения, особенно инфракрасной составляющей, окажется достаточно для прогрева воздуха в теплице, пусть и не такого сильного, как в ясную погоду.

Ночная солнечная электростанция

Ночная солнечная электростанция - солнечная электростанция, основанная на центральной башне, полях зеркал-концентраторов и большом накопителе расплавленной соли, введеная в эксплуатацию близ Севильи в городе Фуэнтес-де-Андалусия (рис. 6.6).

Станция максимальной мощностью 19,9 мегаватта будет производить 110 гигаватт-часов энергии в год. Установка гарантирует выработку электричества более 270 суток в году. Это примерно втрое больше, чем у других систем на альтернативной энергии, как известно, страдающих от непостоянства источника (будь то солнце, волны или ветер).

Секрет станции заключается в большом накопителе расплавленной соли, которая играет роль промежуточного носителя на пути тепла от приёмника солнечного излучения до паровых турбин.

Рис. 6.6. Ночная солнечная электростанция

Ранее инженеры уже проводили опыты с буферным сохранением тепловой энергии в солнечных электростанциях, но никогда в таком крупном масштабе. Дело в том, что накопитель тепла способен обеспечивать комплекс энергией в течение целых 15 часов после захода Солнца.

Соль, курсирующая через центральный приёмник, под лучами солнца, сжатыми зеркалами в тысячу раз, нагревается до температуры более 500 градусов по Цельсию.

Возможности теплового буфера новой электростанции с запасом перекрывают всю ночь или, к примеру, целый облачный день. Это свойство позволяет установке работать без перебоев 24 часа в сутки и большую часть дней в году.

Станция Gemasolar, которая обошлась партнёрам в $427 миллионов, уже подключена к энергетической сети. Она способна снабжать энергией до 25 тысяч домов, при этом расчётная экономия выбросов CO 2 составляет 30 тысяч тонн в год.

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.

Появление солнечных батарей (фотоэлектрических модулей) – явление однозначно значительное для мировой энергетики в целом. Со значительным подорожанием органического топлива, нефти и газа, развитие альтернативной солнечной энергетики представляется наиболее перспективным, поэтому ученые всего мира ищут способы повышения эффективности преобразования энергии солнца в тепловую и электрическую энергию.

Пожалуй одним из самых инновационных способов преобразования солнечной энергии можно назвать конструкцию электростанции – солнечная башня. Упрощенный принцип работы солнечной башни довольно прост. Солнечное тепло концентрируется на участке, непосредственно у основания башни. Этот участок покрывается хорошим теплоизолятором. Накопленный объем теплого воздуха поднимается вверх и оказывается в центральном отверстии установки. Электричество в этом случае вырабатывается благодаря естественному подъему нагретого воздуха.

Но гораздо эффективнее применение зеркал для концентрации энергии солнечного света. Солнечный свет, отраженный от большого количества зеркал установленных вокруг башни (нескольких сотен или тысяч), затем концентрируется в одной точке, имея при этом максимальную потенциальную энергию. Для этого применяются гелиостаты, т.е. зеркала со значительной площадью поверхности. Гелиостаты крепятся на опоре и управляются централизованной системой, отвечающей за изменение положения зеркал. Гелиостаты имеют постоянную ориентацию на солнце, их положение меняется в соответствии с расположением солнца. Таким образом, удается достичь максимальной эффективности выработки электричества. Если солнечная башня устанавливается в местности с высокой солнечной активностью, температура нагретого воздуха может достигать 80-100 градусов по Цельсию.

Турбины, используемые в установке, вырабатывают электроэнергию путем нагревания жидкости. Горячий воздух приводит воду в парообразное состояние, от действия пара приходит в движение турбина. В крупных установках такого типа может применяться горячая соль (смесь нитрата натрия и нитрата калия), прекрасно сохраняющая тепло нагретого воздуха. В ночное время и в периоды недостаточной солнечной активности питание производится от резервных аккумуляторов. Бесспорна высокая эффективность применения зеркал – благодаря их использованию удается обеспечить максимальную концентрацию солнечной энергии в одной точке, а от этого непосредственно зависит сам процесс выработки электричества.

Важно то, что в условиях сильного нагрева почвы за световой день возможно получение дополнительной тепловой энергии из остаточного тепла разогретой почвы. В первом варианте функционирования солнечной башни, с накоплением солнечного тепла на земле у ее подножия, подразумевает более высокую эффективность работы при сильных перепадах температур. Данный факт делает выигрышным применение солнечных башен в районах с ярко выраженным суточным ходом температур.

Понятно, что в силу сложности конструкции и высокой стоимости солнечные башни используются пока еще достаточно редко, в основном это «пилотные» проекты, спонсируемые крупными организациями или правительствами. С этим связаны два основных недостатка солнечной башни – сложность монтажа и общая дороговизна (и комплектующих, и установки, и 1 полученного ватта в связи с изначальными расходами). Но преимущества очень заманчивы: огромные мощности (до нескольких гигаватт в год), простота в эксплуатации, практически невозможность поломок. В некоторых случаях конструкция выглядит привлекательно и с точки зрения ландшафтного дизайна.