Солнечные электростанции

Опубликовано: 1 января 2010 г.
Рубрики:

Двадцать лет назад, проплывая Гибралтар, я был невероятно изумлен видом огромной фантастической скалы, возвышающейся на северном берегу знаменитого пролива. Чешуйчатой спиной гигантского дракона нависала она над пенящимися у ее подножья морскими волнами. Скала была неестественно ровной, гладкой и очень черной. Что за тайна раскрывалась за ее странными пологими скатами?

 

Расположенная на оконечности Гибралтарского полуострова и выступающая в море скала служит символом острого многолетнего испано-английского спора о владении этим небольшим, но стратегически и экономически важным уголком Европы. Расположенная здесь британская военно-морская база вынуждена была обзавестись своими собственными, независимыми от Испании источниками электроэнергии и воды. Для этого береговая скала и была облицована плитами с навешанными на них солнечными батареями и сборниками дождевой воды. Они позволили обеспечить наземные службы англичан автономной подачей электроэнергии, хозяйственным и питьевым водоснабжением.

К нашему времени солнечная энергетика широко распространилась по всему свету. С помощью передовых технологий, постоянно обогащающихся новыми открытиями и изобретениями, обеспечиваются светом, теплом и электроэнергией тысячи разных объектов в десятках стран мира. В США еще в 80-х годах было построено множество гелиоэлектрических установок, обеспечивавших 350 тысяч человек. Суммарная мощность солнечных электростанций составляла 400 мегаватт. И первенство в этой области всегда держала Южная Калифорния, где в 1981 году было построено 9 солнечных электростанций общей мощностью 354 мегаватт. Тот, кто бывал в районе их действия (пустыня Мохаве), не мог не подивиться величественным сооружениям — 80-метровым башням, увенчанным огромными параболическими солнцесборниками. Около 2 тысяч концентрически расположенных гелистатов, управляемых компьютером, как лепестки подсолнухов все время поворачиваются вслед за дневным светилом. Строительство другой крупной солнечной электростанции, оборудованной системой плоских фотоэлектрических панелей, заканчивается вблизи города Ланкастер.

Существуют перспективные разработки солцеэнергетических установок и на большей высоте, чем в калифорнийской пустыне. Например, очень эффективны гелиостанции, размещаемые на промышленных дирижаблях, воздушных шарах и аэростатах с диаметром до 200-300 метров, которые могут подниматься на высоту до полукилометра. Это дает заманчивую возможность располагать солнцесборники выше облаков и получать энергию даже в пасмурную погоду. Таким образом, становится устаревшим представление, что солнечные электростанции эффективны лишь в районах с числом солнечных дней не менее 300 в году.

Гелиоэлектростанции на аэростатах могут быть наземного и морского (на якорных платформах) базирования. При этом существует проект такого устройства, когда весь цикл выработки электроэнергии осуществляется в воздухе. В этом случае электрогенератор устанавливается в люльке дирижабля или аэростата (воздушного шара), а электрический ток подается на землю по гибкому кабелю. В другом варианте, например, реализованному по одному российскому патенту, в воздухе располагаются солнечные коллекторы с особым светопоглощающим покрытием, забирающим 97 процентов падающего на них тепла. Благодаря этому подвешенные к аэростату баллоны с водой нагреваются до температуры 200 градусов по Цельсию. Образуется пар, который по гибкому паропроводу подается на землю к паротурбинному силовому агрегату, вырабатывающему электроэнергию. Проект подобной солнечной аэростатной электростанции успешно осуществлен на Тайване.

Но каких бы высот (в буквальном и переносном смысле) ни достигали солнечные электростанции, какими бы мощными они ни становились, они предназначены для малых и средних потребителей энергии. Не могу в этой связи удержаться от того, чтобы не поделиться еще одним ярким впечатлением. Несколько лет назад мне довелось побывать в Кармиеле, небольшом красивом и зеленом городе с прекрасной современной архитектурой на севере Израиля. Ранним утром я вышел на балкон дома, где гостил у родственников, и стал рассматривать на уличном газоне знаменитое израильское чудо — систему капельного орошения.

Неожиданно подняв голову, я замер в удивлении. Крыши почти всех домов были покрыты не красной черепицей, не кровельным железом, как следовало бы ожидать, а большими черными плитами. Это были фотоэлектрические солнечные батареи, служащие одновременно и водонагревателями. Позже я узнал, что практически все дома в этом городе снабжаются и электричеством, и горячей водой за счет собственных автономных солнечных установок.

Как и во многих других сферах науки и техники, Израиль в области солнечной энергетики тоже сыграл пионерную роль. Он первым начал широко использовать и экспортировать гелиотехнику для бытового и даже промышленного электроснабжения. Та самая южно-калифорнийская солнечная электростанция в пустыне Мохаве, ставшая первым в мире серьезным реальным проектом в области альтернативной энергетики, была построена почти целиком по чертежам израильских инженеров.

С 2005 года в Южной Калифорнии реализуется одна из крупнейших в мире солнечных программ Million Solar Roofs, разработанная компанией California Edison. Проект предусматривает установку миллиона солнечных батарей на пустующих ныне крышах промышленных и коммерческих зданий общей площадью более 6 квадратных километров. Суммарная мощность солнечной электроэнергии, которая может быть получена через 5 лет, составит 250 мегаватт, что даст возможность снабдить электропитанием 162 тысячи домов. Первый электрический ток с крыш зданий по этой программе начал поступать потребителям уже в августе 2008 года. Всего на реализацию проекта, который должен завершится в 2017 году, выделяется 3,2 миллиарда долларов.

Во многих районах США к промышленному внедрению альтернативной солнечной энергетики относятся с достаточным вниманием. Ученые установили, что только в 4-х юго-западных штатах имеются условия для развертывания сети эффективных стационарных солнечных установок с выработкой до 200 тысяч мегаватт электроэнергии в год. Это сопоставимо с производительностью больших гидро- и тепловых электростанций. По словам президента компании Edison International Дж. Брайсона, "солнечные крыши будут эффективны в условиях жаркого климата, когда электроэнергия становится большим дефицитом из-за интенсивной работы кондиционеров".

Одним из главных препятствий, которые в прошлом тормозили широкое применение солнечных батарей, была их высокая стоимость. Если эксплуатационные расходы за счет отсутствия необходимости в угле, газе или мазуте были совсем небольшими, то капитальные затраты оказывались слишком велики. Сегодня положение изменилось. Прогресс в сфере полимерных (вместо силиконовых) технологий позволил создать новые экономичные и эффективные материалы. Среди них есть и такие, которые поглощают солнечную энергию даже в пасмурную погоду. При этом достаточно, чтобы днем было лишь несколько светлых часов, чтобы фотоэлектрические батареи заряжались на целые сутки. Новые технологии позволили снизить расходы по эксплуатации солнечных электростанций, в результате чего уменьшилась цена киловатт-часа. За 20 лет в Калифорнии она упала с 2,5 долларов до 8-23 центов. Это привело к настоящему взрыву строительства: с 2006 по 2008 год производство солнечных установок в Южной Калифорнии выросло в 2 раза.

Власти штата в Сакраменто строят обширные планы по развитию индустрии альтернативной энергетики. Намечено к 2010 году (в крайнем случае, к 2013 году) довести использование солнечной и ветровой энергии до 20 процентов от общего энергопотребления, а к 2020-му году — до 33 процентов.