Солнечной энергетики

1.18. Дроб Ю. Г., Шерман И. М. Технология монтажа оборудования на экспериментальной солнечной электростанции СЭС-5.—Энергетическое строительство, 1984, № 9, с. 49-50.

Принципиальная схема этой электростанции следующая. Зеркала ловят солнечные лучи, собирают их в пучки и направляют в центр (фокус), где находится паровой котел. Пар при температуре 400Э С и давлении 35 am вращает турбогенератор. Коэффициент полезного действия первой в нашей стране солнечной электростанции невелик — не более 15%, удельная стоимость установленной мощности — в 10 раз выше, чем на обычной тепловой электростанции, себестоимость 1 квт-ч — примерно такая же, как на тепловых электростанциях сопоставимой мощности.

ностей можно избежать, построив космическую станцию. Солнечный свет будет падать на ее принимающие устройства непрерывно. Кроме того, за пределами атмосферы Земли солнечной энергии в 15 раз больше, чем на поверхности. Согласно одному из проектов строительства космической электростанции, громадный коллектор сол-

Следует рассмотреть еще два «узких» места крупных солнечных электростанций — аккумулирование энергии и ее передача. Для обеспечения круглосуточного энергоснабжения от солнечной электростанции требуется обеспечить аккумулирование энергии ( 2.16). Одним из вариантов решения этой проблемы является создание аккумулятора теплоты в химически связанном виде. Если бы был найден подходящий и легко доступный материал с высокой теплотой плавления и низкой точкой плавления, то избыточная теплота, вырабатываемая в дневное время, могла бы аккумулироваться, а в ночное время — использоваться для покрытия нагрузки.

лачности; для удобства расчетов можно допустить, что в среднем она равна 1,0 кВт/м2. Следует, однако, всегда помнить, что эта цифра средняя; при расчетах, производимых для того, чтобы определить выработку солнечной электростанции или производство теплоты установкой солнечного теплоснабжения, необходимо учитывать факторы, входящие в (6.15).

Принцип работы солнечной электростанции башенного типа очень прост, однако потребуется решить немало трудных проблем, прежде чем себестоимость электроэнергии, производимой на этих станциях, будет сопоставима со стоимостью энергии, вырабатываемой на ТЭС. Как правило, башня, на вершине которой укреплен приемник солнечной энергии, находится на южном краю поля гелиостатов — зеркал, совершающих поворот вслед за Солнцем вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Зеркала посылают отраженные солнечные лучи на теплоприемник; солнечная теплота используется для производства высокотемпературного пара, который затем подается в турбоагрегат, работающий по циклу Ренки-на. Этот процесс схематически показан на 6.24.

Пример 6.4. На солнечной электростанции башенного типа в Альбукерке 333 гелиостата площадью по 37 м2 отражают солнечные лучи на приемник. На поверхности приемника была зарегистрирована максимальная энергетическая освещенность 2,5 МВт/м2. Какова площадь поверхности этого приемника? Чему равны при этих условиях теплопотери в приемнике, вызванные радиацией?

6.24. Принцип работы солнечной электростанции башенного типа

На башенной солнечной электростанции в Альбукерке применяются плоские зеркальные гелиостаты ( 6.25), хотя испытаниям подвергались самые различные конструкции. Фирма Boeing разработала принципиально новый гелиостат, отражающая поверхность которого представляет собой алюминирован-ную пленку из майлара', растянутую на круглой раме внутри защитного пластмассового кожуха. Гелиостаты нужно будет изготовлять в полном соответствии с весьма строгими, техническими требованиями. Они должны выдерживать большие ветровые нагрузки; конструкция гелиостатов должна быть такой, чтобы им можно было придать любое положение — вертикальное (для защиты от повреждения градом), горизонтальное (для уменьшения деформаций, вызванных сильным ветром) и перевернутое (для уменьшения повреждений, вызванных песчаной бурей). Гелиостаты должны быть ориентированы на Солнце с точностью ±0,1° и должны автоматически следить за его положением на небе. Конструкция ге-

К середине 1981 г. строительство солнечной электростанции башенного типа в Барстоу серьезно отставало от намеченного графика, а фактические затраты по ее сооружению намного превысили сметную стоимость. В конгрессе США возникли разногласия по поводу целесообразности дальнейшего финансирования проекта. Высказывались опасения, что этот проект станет для солнечной энергетики тем же, чем стала ветроустановка в Грандпаз-Ноб' для ветроэнергетики, а именно затормозит ее развитие на несколько десятилетий. Отсрочка сдачи СЭС Барстоу в эксплуатацию послужила причиной того, что, во-первых, были увеличены ассигнования на разработку мелких гелиоустановок индивидуального пользования, а во-вторых, возродился интерес к крупным системам с рассредоточенными коллекторами солнечной энергии.

Более 20 лет назад в ЭНИН была выдвинута идея создания солнечной электростанции (СЭС) так называемого башенного

Разработан принципиально новый проект солнечной электроста нции мощностью 10 тыс. кет для Средней Азии, по которому паровой котел заменяется термоэлектрогенераторами из полупроводниковых материалов. Солнечная энергия на такой станции будет перерабатываться непосредственно в электрическую, минуя стадию механической энергии. Проверка этой станции в работе позволит найти наиболее выгодные конструктивные решения для большой солнечной энергетики будущего.

В целях получения более высоких температур необходимо применять гелиостаты с двух-осевым вращением для слежения за Солнцем и с более сложной схемой фокусировки. Эти дополнительные особенности конструкции приводят к значительному удорожанию гелиосистемы в целом. За последние несколько лет развернулись оживленные дебаты по поводу того, целесообразно ли отдавать предпочтение «новейшим» и дорогим способам использования солнечной энергии, а не способам, основанным на получении низкопотенциальной теплоты при более низких затратах. В 1977 г. управление по энергетическим исследованиям и разработкам (ERDA) затратило 60 млн. долл. на НИОКР в области создания крупных центральных солнечных электростанций и только б млн. долл. на создание гелиоустановок, работающих при низкой и среднем температурах теплоносителя. Поскольку приверженцы «новейшей» технологии не пришли еще к единому мнению относительно того, какая система была бы наиболее подходящей для передачи теплоты от гелиостатов к центральному преобразователю, рекомендованы два способа: передача энергии в форме теплоты (т.е. по трубам) и в форме световых лучей (при помощи зеркал). Сторонники второго способа фактически одержали верх в дискуссии, так как именно на эту систему и была ассигнована львиная доля средств, полученных из госбюджета на работы в области солнечной энергетики. Ход рассуждений был примерно следующим: чем больше общая площадь коллекторов, тем больше протяженность трубопроводов для передачи нагретого теплоносителя со свойственным им ростом тепловых потерь из-за конвекции и радиации. С другой стороны, по мере увеличения площади коллекторов стоимость фокусирующих гелиостатов должна уменьшаться благодаря экономии, достигаемой за счет массовости их производства.

Федеральные ассигнования на нужды солнечной энергетики были, в сущности, ничтожными, пока энергетический кризис 1973— 1974 гг. отчетливо не продемонстрировал уязвимость энергетического хозяйства США. С тех пор размеры ассигнований на развитие солнечной энергетики значительно возросли ( 6.22), и уже имеются признаки того, что администрация президента Рейгана будет уделять гораздо меньше внимания этому вопросу. За последние 5—6 лет большая часть средств (60—70%) была направлена на создание целого ряда систем, известных под названием солнечных электростанций башенного типа. Экспериментальная установка мощностью 5 МВт (тепл.) была построена близ г. Альбукерке (штат Нью-Мексико) в конце 70-х годов. Возле г. Барстоу (штат Калифорния) сооружается пилотная солнечная установка мощностью 10 МВт.

6.22. Ассигнования из федерального бюджета на НИОКР в области солнечной энергетики /

К середине 1981 г. строительство солнечной электростанции башенного типа в Барстоу серьезно отставало от намеченного графика, а фактические затраты по ее сооружению намного превысили сметную стоимость. В конгрессе США возникли разногласия по поводу целесообразности дальнейшего финансирования проекта. Высказывались опасения, что этот проект станет для солнечной энергетики тем же, чем стала ветроустановка в Грандпаз-Ноб' для ветроэнергетики, а именно затормозит ее развитие на несколько десятилетий. Отсрочка сдачи СЭС Барстоу в эксплуатацию послужила причиной того, что, во-первых, были увеличены ассигнования на разработку мелких гелиоустановок индивидуального пользования, а во-вторых, возродился интерес к крупным системам с рассредоточенными коллекторами солнечной энергии.

Активные системы обходятся намного дороже пассивных. Тем не менее конгресс США утвердил закон о национальной энергетике, согласно которому разрешена скидка с налога на дом в размере 30 % от первых 1500 долл. и по 20 % от каждых последующих 8500 долл.,. затраченных на оборудование для солнечной энергетики;-при этом общий размер скидки не должен превышать 2150 долл.

Неправомерно говорить о технической стороне использования солнечной энергии, не затрагивая прочих проблем; технический аспект неизбежно связан с энергетической политикой США вообще и с политикой в области ядерной энергии в частности. Солнечная энергия была объектом исследований в течение почти целого столетия; разработка методов ее практического использования началась в период низких цен на органическое топливо, когда частные предприниматели не были заинтересованы в развитии солнечной энергетики. Основ- • ные расходы на эти работы покрывались за счет госбюджета. Это положение продолжалось вплоть до- недавнего времени. Однако поставленная задача в области солнечной энергетики в США решена не была. Еще в 1947 г. комиссия при президенте США подчеркивала, что к 1975 г. в стране можно будет построить 3 млн. домов, отапливаемых за счет солнечной энергии. В то время их не насчитывалось и сотни. Однако лишь за 1978—1979 гг. было построено 50 тыс. солнечных домов и гораздо больше сооружается в наши дни.

Нетрудно понять, отчего правительство США никогда не уделяло первоочередного внимания исследованиям и разработкам в области солнечной энергетики. Невзирая на все предупреждения, раздававшиеся два с лишним десятилетия подряд, многие политические деятели не желали трезво смотреть на вещи даже в разгар энергетического кризиса 1973— 1974 гг. Большинство из тех, кто отдавал себе отчет в весьма ограниченном характере запасов органического топлива, теперь не упускают случая похвастаться, что в прошлом они оказывали поддержку комиссии по атомной энергии, и заявляют, что реакторы-размножители и управляемый термоядерный синтез — ключ к решению любых проблем.

В 1978 г. президент Картер выдвинул свою энергетическую программу, в которой предусматривалось предоставление высокого приоритета развитию солнечной энергетики. Очень жаль, что конгресс на нашел нужным принять это предложение. Более того, администрация Рейгана решила, судя по всему, урезать ассигнования из госбюджета на развитие солнечной энергетики ( 6.22). Помимо самого правительства, целый ряд организаций и группировок на вполне законном основании участвует в проведении энергетической политики США, и этот момент следует учитывать при выработке стратегии в данной области. Согласно результатам одного опроса существует по меньшей мере восемь следующих заинтересованных сторон: государственные энергоснабжающие компании; частные энергоснабжающие компании; компании по производству нефтепродуктов; угледобывающие компании; поставщики энергетического оборудования; владельцы земельных участков, на которых имеются источники энергии; правительственные организации и объединения, занимающиеся вопросами экономии энергоресурсов; группы частных лиц, посвятивших себя этой же проблеме.

грамма создания солнечной энергетики в случае катастрофического провала планов развития ядерной энергетики.

организацию технического сотрудничества для передачи развивающимся странам прогрессивных энергетических технологий (или участие этих стран в их разработке), например в области солнечной энергетики;