Солнечная энергия: новые технологии

Очевидная на сегодняшний день тенденция к снижению воздействия на окружающую среду, а также боязнь истощения природных ресурсов возобновили в научном мире утраченный прежде интерес к альтернативным источникам питания вообще и к разработке отвечающих времени решений в области солнечной энергии.

У большинства людей на сегодняшний день солнечная энергия ассоциируется с блестящими черными панелями (на самом деле они называются фотогальваническим элементами), установленными на крыше, поглощающими солнечную энергию и преобразующими ее в электричество. Но такие панели на крышах жилых домов встречаются довольно редко, не в последнюю очередь из-за чрезмерно высоких цен на приобретение и установку.

Однако, кроме черных панелей, существует ряд способов захвата солнечной энергии в масштабах значительно более крупных. Все больше и больше усилий исследователи фокусируют сейчас на системах «концентрированной солнечной энергии» – сокращенно CSP (concentrated solar power).

В системах CSP солнечное излучение концентрируется оптическими деталями на участке, где расположен ресивер. Солнечная энергия затем преобразуется в электрическую. На практике система CSP состоит из четырех основных элементов: солнечного поля, элементов фокусировки лучей, солнечного ресивера и преобразователя. Ряд поректов, основанных на этой идее, в данный момент разрабатывается и уже тестируется.

Идея создания такого параболоида появилась еще в середине 80-х. Самое знаменитое ее воплощение – девять электростанций, построенных в Калифорнийской пустыне. Эти электростанции работают и по сей день, вырабатывая 354 мегаватт энергии. Ряд проектов по солнечной энергии запускается и в Европе. Лидером является Германия с десятью работающими солнечными электростанциями.

На юге Испании располагается Platforma Solar de Almeria – компания, занимающаяся исследованиями и тестированием в области технологий солнечной энергии. Главная используемая концепция при возведении подобных сооружений – «центральная башня» – зеркала, называемые гелиостатами, автоматически захватывают наибольшее количество солнечной энергии и концентрируют излучение на центральном ресивере, расположенном на вершине башни.

Первая в Европе коммерческая солнечная электростанция, фокусирующая солнечные лучи, был открыта в Севилье, Испания, в марте 2007 года. Станция получила название Planta Solar 10. 624 больших гелиостата фокусируют солнечные лучи на едином солнечном ресивере высотой 115 метров. При максимальной температуре в 250 градусов Цельсия солнечный ресивер подает воду в поток, который, который, в свою очередь, снабжает энергией турбину. Турбина обладает пиковой мощностью в 11 МВт, что означает выработку 23 миллионов киловатт-часов электричества в год. Этого достаточно для снабжения 6 000 жилых домов и экономии 18 000 тонн угля в год. Вторая башня, Planta Solar 20, пока находится на стадии постройки и будет обладать пиковой мощностью в 20 МВт.

Однако, использование панелей и башен не всегда необходимо для работы с солнечной энергии. Еще один метод был разработан четверть века назад, остановимся на нем подробнее.
«Энергетическая башня». Если проект покажет свою экономическую жизнеспособность, мы увидим одно из высочайших строений на земле, которе затмит своими размерами даже 800-метровый небоскреб Burj Dubai в Объединенных Арабских Эмиратах. Изначально запатентованный как «Энергетическая башня нисходящего водного распыления» доктором Филиппом Карлсоном (Philip Carlson) в 1975 году, проект с 1982 года был доработан и улучшен профессором Дэном Заславски (Dan Zaslavsky) из Техниона (Technion), Израильского технологического института в Хайфе.

«Энергетическая башня» производит электричество, накачивая воду на верхушку трубы и затем распыляя ее внутри. В результате высокая температура на верхушке трубы заставляет воду испаряться, охлаждая таким образом воздух и делая его плотнее. Этот охлажденный воздух затем падает к стволу трубы, вызывая нисходящий поток, передающий энергию турбине.

Доктор Рами Гетта (Rami Guetta), менеджер проекта в Sharav Sluices Ltd – компании, основанной профессором Заславски для разработки системы – рассказал CNN, что эта технология вызвала огромный интерес со стороны Австралии и США, однако до подписания контрактов еще не дошло. «Нам потребуется еще от 18 месяцев до трех лет для подробной проработки технологии на предмет выполнимости, чтобы вычислить себестоимость проекта и четко рассчитать затраты на возведение башни», – сказал он CNN.

В зависимости от местоположения, которое должно отвечать требованию горячего сухого климата и относительной близостью к источнику воды, высота башни должна ранжироваться от минимума в 600 метров до небоскребных 1200 метров. Схожая идея, солнечная башня на восходящих потоках, также заимствует разработки прошлых лет. Солнечная башня, предложенная австралийской фирмой EnviroMission и американской компанией SolarMission Technologies – прямой потомок испанского прототипа 1982 года. Постройка 190-метровой башни, окруженной коллекторами (укрытиями из чистого пластика, собирающими теплый воздух), расположенной в испанском городе Мансаранесе, было детищем немецкого инженера Йорга Шлайха (Jorg Schlaich).

Подобно «Энергетической башне», Солнечная башня использует воздух, чтобы вращать турбины и предполагает доступность жаркого климата. Но, вместо создания нисходящего холодного воздуха, она использует горячий воздух из коллекторов и направляет его в трубу. Чтобы план был жизнеспособным, высота трубы должна составлять примерно 1000 метров, что, по заявлению фирмы EnviroMission, позволит вырабатывать до 200 МВт энергии для 200 000 жилых домов. Критики проекта Солнечной башни недовольны тем, что коллекторы займут слишком большую территорию (до 3 км по окружности), а также тем, что это слишком дорого для осуществления.

Фирма EnviroMission, основанная в 2001 году все еще надеется, что проект получит в будущем зеленый свет. И со свежеизбранным премьер-министром от партии лейбористов Кевином Раддом (Kevin Rudd), подписавшимся от имени Австралии под конвенцией ООН об изменении климата, их шансы резко возросли.