Применение солнечной энергии

КРУПНОМАСШТАБНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ

Любой из пяти рассмотренных ниже способов ис­пользования солнечной и тепловой энергии в больших : масштабах может быть реализован к 1990 г. На науч-1 но-исследовательские работы и разработку некоторых проектов были затрачены большие усилия, благодаря этому на стадии моделирования были проведены под-j робные конструкторские проработки некоторых элемен­тов, например, при изучении поля гелиостатов.

Солнечная энергетическая станция башенного типа. Система с центральным коллектором состоит из больС шого числа управляемых зеркал-гелиостатов, которые отражают солнечную радиацию и направляют ее на центральный приемник, помещенный на высокой баш­не. При высокой степени концентрации солнечной ра­диации в приемнике может быть получен пар высокой температуры. Рассматриваются также возможности ис4 пользования других теплоносителей. Опытная солнеч­ная станция мощностью 50 кВт, построенная в Сайт Илларио-Нерви в Италии, может генерировать 150 кг/ч перегретого пара при температуре 500°С, при­чем поле гелиостатов этой станции состоит из 270 зер-: 118

кал диаметром 1 м каждое [10]. В более поздних аме­риканских работах [11—13] рассматриваются отдель­ные солнечные станции мощностью 100 МВт с высотой башни от 300 до 450 м для обеспечения дополнитель­ной и пиковой нагрузки. К 1981 г. запланировано стро­ительство станции мощностью 2 МВт во Франции. На рис. 5.4 показана система, состоящая из поля гелиоста­тов, образующих четыре группы, каждая из которых имеет свою башню, и центральной станции в центре поля. Для реализации такой системы потребовались бы многие тысячи гелиостатов, а расстояние между от­дельными башнями должно быть более 1 км. Эконо­мические преимущества такой системы заключаются в том, что можно осуществлять массовое производство гелиостатов. В таких системах нежелательно примене­ние относительно мелких зеркал, поскольку есть опас­ность их повреждения при сильном ветре. Стоимость 1 кВт, подсчитанная в 1975 г. для станции мощностью 300 МВт, состоящей из трех башен, составляла 930 долл.

Система с рассредоточенными коллекторами. Систе­ма, характерной особенностью которой является нали­чие большого числа индивидуальных коллекторов, на­зывается «солнечной фермой». Для сбора энергии на центральной станции необходима разветвленная систе-

ма изолированных трубопроводов. В этой системе мож­но с успехом использовать коллектор типа НОСТ, рас­смотренный в гл. 4. Общий вид системы с рассредото­ченными индивидуальными коллекторами представлен на рис. 5.5. Вместо отдельных коллекторов в такой си­стеме можно применять длинные параболоцилиндры. Обе. системы должны размещаться в пустынных обла­стях, и их использование ограничивается районами с высоким уровнем прямой солнечной радиации.

Машины, использующие тепловую энергию океана. Разработки тепловых машин, использующих разность между температурой поверхности океана и температу­рой более холодных глубоких слоев воды, начали про - 120

водиться в конце XIX в. Океаны — это естественные приемники солнечной энергии, которые не требуют спе­циальных аккумулирующих устройств и коллекторов и благодаря своим огромным размерам являются потен­циальными конкурентами других источников при про­изводстве энергии. Первая энергетическая установка такого типа мощностью 22 кВт, расположенная у по­бережья Кубы, была разработана в конце 20-х годов Клодом [14]. Общий КПД системы составлял менее 1%; работа системы основывалась на открытом цикле Ренкина, причем морская вода с более высокой темпе­ратурой пропускалась непосредственно в испаритель низкого давления, где получался пар для турбины. Эта установка в то время оказалась неэкономичной, так же как и более крупная установка, проект которой был разработан во Франции 20 лет спустя. Поэтому дальнейшая работа в этом направлении была прекра­щена.

В 60-е годы в США вновь возник интерес к этой проблеме в связи с предложением использовать замк­нутый цикл Ренкина [15]. Эта работа послужила ос­новой для широких теоретических исследований, кото­рые были обобщены Мак Коном [16]. Пять исследова­тельских групп из промышленных организаций и уни­верситетов рассмотрели различные системы для раз­личных районов. Мощность этих систем находится в пределах от 100 до 400 МВт в зависимости от перепа­да температуры - в океане, который составляет 17,8°С в водах течения Гольфстрим у берегов Майами и 22,2°С в экваториальной зоне (до 22° с. ш. и ю. ш.). В качестве рабочего тела были предложены три различ­ных вещества—фреон R-12/41, пропан и аммиак. Зна­чения общего КПД всех пяти предлагаемых систем близки между собой и лежат в пределах от 2,1 до 2,4%. Проведены также исследования взаимодействия рассмотренных систем с окружающей средой, однако они в основном касаются вопроса о влиянии окружаю­щей среды на энергоустановки, а не наоборот. Рассле­дования в этом направлении необходимо продолжить в дальнейшем.

Основополагающей идеей в этих исследованиях яв­ляется представление о возможности осуществления преобразования солнечной энергии с наибольшей эф­фективностью, причем предполагается, что к 1986 г.

термальные энергоустановки, использующие тепло оке­анов, займут в США господствующее положение [5].

Солнечные энергетические установки на спутниках. Использование спутников, вращающихся вокруг Земли, для производства электроэнергии с передачей ее на Землю при помощи микроволновых генераторов впер­вые было предложено Глезером в 1968 г. [17]. Затем в США были проведены более детальные разработки этого проекта, основанные на использовании фото­электрического преобразования сконцентрированного солнечного излучения. Микроволновый генератор и его излучающая антенна расположены между двумя сим­метричными фотобатареями. Антенна направляет мик­роволновое излучение на приемную антенну, установ­ленную на Земле. Вращаясь на синхронной орбите, спутник будет находиться в стационарном положении относительно любой выбранной точки Земли, и благо­даря практически непрерывному поступлению радиа­ции следует ожидать наиболее полного использования солнечной энергии. По количеству получаемой энергии возможности такой системы в 15 раз превышают воз­можности наземных установок, которые ограни­чены погодными условиями и сменой дня и ночи. Систему можно проектировать на мощность от 3 до 15 ГВт [18].

Гидроэлектрическое преобразование солнечной энер­гии. Идея гидроэлектрического способа преобразова­ния солнечной энергии состоит в том, что солнечная энергия сначала превращается в гидравлическую энер­гию, а затем в электрическую. Если закрытый резер­вуар полностью изолирован от моря, то уровень воды в нем в результате испарения будет понижаться. Гид­роэлектрогенератор может быть размещен на трубо­проводе, соединяющем резервуар с морем. Падение уровня воды в резервуаре вызовет приток ее из моря. При этом потенциальную энергию, обусловленную раз­ностью уровней воды, можно превращать в электриче­скую. При соответствующем подборе уровней и расхо­да воды можно добиться непрерывности процесса. Эта проблема исследовалась Кеттани (Саудовская Ара­вия), который измерял скорость испарения и сравни­

вал экспериментальные данные с теоретическими [19, 20]. Изучаются также возможности постройки дамбы через залив Бахрейн, чтобы реализовать подобный проект [21].