Когда-то, при захвате Сиракуз, известный греческий ученый Архимед был убит мечом римского легионера… А может не легионера, а работника специальных служб какой-нибудь нефтяной компании? Еще во время осады Архимед сильно нервировал римские войска. То хитрыми метательными машинами, то демонстрацией первого в мире лучевого оружия… Стоп! Вот с этого места начнем поподробней, поскольку эта легенда, или история является ключевой отправной точкой в прямом использовании солнечной энергии.
Легенда гласит, что город Сиракузы подвергся осаде римскими легионами в 212 г. До Н.Э. Архимед был столь изобретателен, что использовал при обороне метательные машины дальнего и ближнего действия. Кроме того, в бухте, где стояли римские галеры, Архимед применил мощные краны, которые подцепляли корабли римлян и переворачивали их. Как тут не вспомнить знаменитое выражение: «Дайте мне точку опоры и я переверну Землю»! Но самая впечатляющая легенда относится к тому периоду, когда римляне отказались от попыток штурма города и перешли к планомерной осаде. Войска отошли на безопасное расстояние, а флот запер бухту. Но и тогда гений Архимеда не успокоился. Согласно римским источникам, жители Сиракуз использовали зеркала и начищенные до блеска медные щиты, чтобы сконцентрировать солнечные лучи на кораблях захватчика. В результате этой нехитрой операции флот римлян был сожжен.
Уже в наше время эксперимент пытались повторить многочисленные экспериментаторы. В большинстве своем они терпели фиаско, что позволяло им говорить о несостоятельности легенды. Даже студенты Массачусецкого Технологического Института приложили к этому руку, но добились лишь почернения деревянных поверхностей. Однако греческий историк испытатель Иоаннис Саккас в 1973 г. показал возможность данного события. В своем эксперименте он использовал 70 медных зеркал, с помощью которых поджег на расстоянии в 50 м. макет римского корабля. Таким образом, принципиальная возможность использования лучевого оружия на основе солнечной энергии была доказана, а прочие параметры являются уже теоретической и практической задачкой.
Чем же опыт Архимеда интересен для современной энергетики? Как известно, самое широкое распространение солнечная энергетика получила на основе солнечных батарей, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Однако такой метод получения энергии, удобной для использования человеком, крайне неэффективен. КПД таких солнечных панелей в очень редких случаях достигает 30%-40%. Это, конечно, очень неплохой показатель. Однако 40,7% КПД был достигнут на специальной батарее, разработанной компанией Boeing-Spectrolab. При этом панель использовала концентратор солнечной энергии. Во всех остальных случаях солнечные панели показывают КПД на уровне 15%-22%, да и то в хорошую солнечную погоду. Тем не менее, технология солнечных панелей получила заметное распространение. Даже в конце 80-х уже появились первые калькуляторы с солнечной батареей, которые могли работать при любом освещении, избавляя владельца от необходимости запасаться батарейками.
На основе солнечных батарей строится большинство современных солнечных электростанций. Считается, что это один из наиболее чистых и независимых источников энергии. Но он обладает одним существенным недостатком, а именно отсутствием выработки энергии в ночное время суток. Для решения этой проблемы применяют аккумуляторы, или механические сборники энергии. К примеру, закачивают воздух под давлением в емкости, а в ночное время крутят с его помощью турбину генератора. Крупнейшая солнечная электростанция на основе панелей организована в Испании Jumilla, Murcia. Ее мощность составляет 23МВт на пике. На площади в 100 Га. располагается 120 тыс. солнечных панелей в 240 сборках. См. подробнее: http://technology4life.wordpress.com/2008/01/31/the-world%C2%B4s-largest-pv-solar-plant-open-in-southern-spain/
Однако принцип Архимеда не канул в Лету и его упражнения с отполированными щитами нашли свое место в современной энергетике. Крупнейшая солнечная электростанция, использующая принцип Архимеда, называется La Florida и располагается в испанском городке Alvarado, Badajoz. Ее мощность составляет 50МВт, а площадь около 55 Га. Параболические зеркала отражают солнечный свет, концентрируя его на теплообменнике, который нагревает пар, двигающий генерирующие электричество турбины. Ожидается, что к 2013 г. мощность солнечной энергетики в Испании составит 2500МВт. При этом солнечная энергетика более надежна и стабильна, чем ветровая. Число солнечных дней в Испании заметно превышает 300 в год, что делает солнечную энергию предпочтительней, чем ее производная в виде ветра. К примеру, можно почитать статью на тему La Florida в британской Guardian: http://www.guardian.co.uk/environment/2010/jul/13/spain-solar-power/print
В чем же преимущество солнечно-термальных электростанций перед панельной архитектурой? Одно из основных кроется в том, что данный вид электростанций позволяет применить технологии, которые расширят период работы электростанции на ночные часы и даже на 1-2 дня, когда солнечный свет не сможет пробиться сквозь завесу облаков. Журнал Scientific American описывает методы использования расплавленных солей для нагревания пара в течение периода от 8 до 48 часов. См. статью от 18 февраля 2009 г.: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=how-to-use-solar-energy-at-night
Вновь вернемся в Испанию, провинция Гранада. На электростанции Andasol 1 около 28 тыс. тонн расплавленной соли циркулирует в системе электростанции, поддерживая ее работы в ночное время. Соль плавится при высоких температурах. К примеру, температура плавления обычной поваренной соли 800Ц. У других солей она ниже. На Andasol 1 используют смесь калийной соли и сульфаты, которая достигает температуры плавления при более низкой температуре. Затем на этом запасе энергии электростанция может работать до 7-8 часов. Стоимость такой электростанции составляет около 300 млн. евро. В Испании уже начал работать второй проект Andasol-2. Идея также нашла отклик в США, где Arizona Public Service Co. строит электростанцию мощностью 280МВт на территории в 800 Га. в 110 км. от Феникса. Предварительные расчеты показывают, что стоимость электроэнергии солнечно-термальной электростанции составляет около $0,13 КВт в час. Это, безусловно раза в два дороже, чем электричество, производимое на угольных, или газовых электростанциях, но распространение технологии и удешевление производства компонентов сделают данный тип энергии более доступным. В перспективе упрощение технологии через исключение промежуточных нагреваемых элементов системы, что еще больше снизит себестоимость энергии.
Если вспомнить проект Desertec Industrial Initiative, то направление дальнейшего развития солнечно-термальной энергетики вполне очевидно: http://www.bloom-boom.ru/blog/materialmarkets/8481.html. К тому же есть и подтверждения того, что некоторые фигуранты проекта в Северной Африки уже готовы включиться в самый грандиозный энергетический проект начала XXI века. 9 февраля появилась информация из Алжира, что власти страны намерены инвестировать до $60 млрд. в развитие альтернативной энергетики в период до 2030 г. К 2015 г. мощность возобновляемой энергетики составит 650МВт, к 2020 мощность составит 2700МВт, а к 2030 г. достигнет 12000МВт. Уже в 2007 г. в Алжире началось строительство солнечно-термальных электростанций гибридного типа. Данные энергетические мощности используют уже знакомые параболические концентраторы в дневное время, а в ночное переходят на газовые турбины. При использовании новых технологий сохранения тепла электростанции могут полностью, или почти полностью, отказаться от использования ископаемого топлива. В самом деле, в пустынях Сахара и Аравийской пустыне число солнечных дней в году заметно превышает 300. Для справки, лишь в районе Геленджика на территории РФ число солнечных дней в году превышает отметку в 300. Если же распределить солнечно-термальные электростанции на достаточном расстоянии с Востока на Запад, то проблемы с отсутствием солнца в одном месте будут компенсированы выработкой электроэнергии в другом.
В любом случае, чем дороже становится нефть, тем решительней становятся инвесторы, которые любят «по-горячее». Поэтому не придется ожидать долго следующего всплеска инвестиций в производство энергии из альтернативных возобновляемых источников. Даже в кризисный период 2008-2009 гг. инвестиции в данный сектор не ослабевали, хотя нефть в 2009 г. в среднем была дешевле в два раза, чем в первые месяцы 2011 г. 
Комментариев нет:
Отправить комментарий