Как выглядит самая высокая солнечная башня в мире. Солнечная башня - пожиратель солнечных лучей

Фото: © Markel Redondo / Greenpeace

Предлагаем вашему вниманию подборку фотографий, иллюстрирующих развитие солнечной энергетики Испании. На фото - не традиционные фотоэлектрические панели, а станции, концентрирующие солнечную энергию (по-английски, CSP - concentrating solar power).
На этих станциях производят тепловую и электрическую энергию. Сотни зеркал концентрируют солнечные лучи, нагревая теплоноситель. Полученное тепло затем используется для обычного производства электроэнергии, например, посредством паровой или газовой турбины или двигателя Стирлинга.
Зеркала могут иметь разнообразную форму, применять различные методы отслеживания положения солнца, использовать разные способы производства полезной энергии, но принцип их работы одинаков. Сегодня мощность отдельных таких станций составляет, как правило, 50 – 280 мВт (в зависимости от размера), но она может быть и больше. Концентрические станции, как правило, значительно больше фотоэлектрических установок (использующих солнечный свет напрямую для производства электроэнергии).
Но у CSP-станций есть одно большое преимущество. Технология позволяет аккумулировать энергию . Солнечное тепло, собираемое в течение дневного времени, может храниться в жидких или твердых средах (расплав солей, керамика, бетон). Ночью оно может извлекаться и поддерживать работу турбины.
По прогнозам , CSP сможет обеспечивать 7% мировых потребностей в энергии к 2030 году и до четверти - к 2050. На сегодняшний день установленные мощности CSP в мире - около 1 ГВт. Стоимость энергии, получаемой на таких станциях 14-18 центов за кВт час.

Доклад Гринпис о CSP-станциях и перспективах их развития: http://www.greenpeace.org/raw/content/international/press/reports/concentrating-solar-power-2009.pdf

Статья о солнечных башнях Испании на Мембране: http://www.membrana.ru/particle/3189

La Dehesa, 50 МВт параболическая станция с системой аккумулирования энергии в расплаве соли. Ежегодное производство электроэнергии 160 миллионов КВт час. На станции установлено 225792 зеркал и 672 солнечных коллектора, общая протяженность которых больше 100 км.

Зал управления работой станции.

11 МВт станция. Площадь каждого зеркала - 120 кв. метров. Солнечные лучи концентрируются на вершине 115 метровой башни, где расположена турбина, вращающая генератор, который и производит электроэнергию.

Производство комплектующих для станции.

Стеклянные трубки, в которых находится теплоноситель.

15 МВт станция. Здесь также используют солевой расплав для аккумуляции энергии. Система позволяет отдавать запасенную энергию в течение 16 часов! Станция успешно работает 6570 часов в году (из 8769 возможных).

Солнечная башня.

Все фото: © Markel Redondo / Greenpeace

Этот способ выработки электричества пока втрое дороже традиционных источников. Но технологии развиваются. И потом, сокращение выбросов парниковых газов у всех на слуху… Впрочем, к чёрту расчёты — это просто красиво.

авораживающее и загадочное сооружение возвышается с недавних пор над полями в районе Санлукар-ла-Майор (Sanlucar la Mayor), недалеко от центра Севильи. Современная водонапорная башня, научная установка, зернохранилище? Но откуда здесь многочисленные яркие световые стрелы, словно прорезающие воздух? Они видны за многие километры.

PS10 — первая в Европе коммерческая термальная солнечная электростанция довольно редкого типа — «солнечная башня» (solar power tower) официально вступила в строй 30 марта нынешнего года. Мощность станции, возведённой в Андалусии, составляет 11 мегаватт.

Принцип её работы прост: поле из множества гелиостатов — зеркал, отслеживающих движение Солнца, собирает свет и направляет его на вершину высокой башни, где яркий солнечный зайчик превращает воду в пар. Пар бежит по трубам и, в конечном счёте, крутит турбины, соединённые с электрическими генераторами.

PS10 . Свет от сотен больших зеркал столь ярок, что заставляет светиться пыль и влагу в воздухе, благодаря чему и видны лучи, атакующие красивую белую башню. Кстати, те зеркала, что видны на переднем плане — не работают на башню. Это просто стоящие рядом фотоэлектрические панели с концентраторами. Зеркала же, направленные на солнечную башню, с этого ракурса не видны (фото Solúcar).

По такой схеме не раз создавались установки во многих странах, но электростанция, управляемая компанией Solúcar Energía, филиалом промышленного гиганта Abengoa, пожалуй, самая внушительная из всех.

Её 624 зеркала, площадью по 120 квадратных метров каждое, направляют свет на красивую бетонную башню, высотой 115 метров. Башню эту можно назвать произведением искусства - огромный фигурный вырез в ней придаёт сооружению визуальную лёгкость.

Солнечная башня во время строительства. Возвышающееся над сельской местностью сооружение издалека выглядит внушительно. Вблизи тоже (фотографии Solúcar).

Не меньшее впечатление производит и свет вокруг.

«Когда я вышел из автомобиля, я едва мог открыть глаза — сцена была слишком ярка. Постепенно, вооружившись тёмными очками, я разглядел ряды зеркал и центр, в который сходились их лучи - набор труб наверху башни» - так передаёт свои впечатления от встречи с PS10 Дэвид Шукман (David Shukman), корреспондент BBC, побывавший недавно на этой станции и даже отважившийся забраться наверх башни во время её работы.

Сначала он ехал на лифте. Но последние четыре этажа пришлось идти пешком. Ступеньки, ведущие на крышу, Дэвиду показались обжигающими. Вообще он сравнил верхние этажи башни с сауной, несмотря на наличие мощной теплоизоляции парогенератора.

И такой нагрев верхушки башни даром не пропадает. Новая испанская электростанция может генерировать до 24,3 гигаватт-часов в год.

Дэвид Шукман на крыше, возможно, самой высокой «сауны» в мире (фотографии BBC).

С новой станцией Испания вырвалась вперёд в данной технологии утилизации солнечного света, но сама идея таких башен далеко не нова.

Из крупных сооружений такого типа можно вспомнить проект Solar One — Solar Two. Эта демонстрационная солнечная электростанция работала и развивалась с 1981 по 1999 годы в пустыне Мохаве (Калифорния). В последней версии (Solar Two) солнечную башню этой станции окружали 1926 гелиостатов, общей площадью почти 83 тысячи квадратных метров. Её мощность превышала 10 мегаватт.

Интересно, что солнечный свет грел не воду, а промежуточный теплоноситель — расплавленную соль. Это была смесь нитрата натрия и нитрата калия. От неё уже закипала вода, дающая пар для турбин (в первом варианте станции — Solar One - теплоносителем являлось масло).

Этот приём позволил Solar Two накапливать тепло про запас. В облачную погоду или вечером турбины работали на энергии, сохранённой в больших цистернах с горячей солью.

Солнечная электростанция Solar Two (фотографии с сайтов en.wikipedia.org и parsnip.evansville.edu).

Та башня и поле зеркал никуда не делись и сейчас. Только в 1999 году учёные переделали Solar Two в гигантский детектор черенковского излучения, для изучения воздействия на атмосферу космических лучей.

Опыт американцев, однако, не пропал: при их помощи и по аналогичному проекту в Испании должны возвести станцию Solar Tres на 15 мегаватт.

Проект предусматривает постройку высокой солнечной башни, окружённой 2493 зеркалами по 96 квадратных метров каждое (смотрите также эту страничку проекта). Общая площадь зеркал составит 240 тысяч квадратных метров.

Вместительное хранилище расплавленной соли (нагретой до температуры 565 градусов по Цельсию) сможет обеспечивать работу парогенераторов в течение 16 часов после захода Солнца. Так что летом генераторы станции не будут останавливаться ни днём, ни ночью.

Внешне Solar Tres будет похожа на Solar Two. А пока можно посмотреть только на схему станции. Розовым показано хранилище горячей соли, синим — холодной. Красным — парогенератор, соединённый с турбиной и конденсатором (иллюстрация с сайта solarpaces.org).

Еврокомиссия выделила на это чудо 5 миллионов евро. Создаёт станцию международная организация SolarPACES, участвовавшая и в создании PS10. При этом в проектировании и постройке Solar Tres задействованы компании из Испании, Франции, Чехии и США.

Интересно, что и в PS10 предусмотрено аккумулирование энергии. Только непосредственно в виде горячего водяного пара, сохраняемого в наборе из больших цистерн. Его запаса хватает на один час работы турбин без Солнца, так что ночной перерыв эта система не перекрывает, но всё же даёт станции некоторую гибкость на случай временно набежавших тучек.

Надо заметить, что PS10 - не единственная солнечная электростанция в Испании. Здесь работают ещё несколько крупных солнечных сооружений самых различных типов. Но проект PS10 представляет собой особый интерес: в том же месте инженеры планируют возвести ещё одну установку-близнец под называнием PS20. Только она уже будет генерировать мощность в 20 мегаватт, собирая свет от большего количества зеркал.

Вид PS10 с птичьего полёта. На заднем плане видна площадка, которую готовят под PS20 (фото Solúcar).

А всего к 2013 году различные по принципу действия солнечные установки, которые развернут (и уже разворачивают) на площадке в Sanlucar la Mayor, должны производить 300 мегаватт электрической энергии, что эквивалентно потребностям такого города как Севилья.

Эти установки будут самыми разными: свой вклад внесут и солнечные башни, и ряд других систем, основанных на нагреве теплоносителя и парогенераторах, а ещё — обычные наборы фотоэлектрических батарей.

Солнечная станция компании Solúcar в Санлукар-ла-Майор проверяет в деле самые разные технологии. Например, параболические концентраторы с двигателями Стирлинга (на заднем плане — та самая башня) и длиннющие параболические (в поперечном сечении) зеркала с трубами для разогрева теплоносителя (фото Solúcar).

Стоимость возведения таких станций высока и, соответственно, даровое электричество, ими вырабатываемое, нельзя назвать дешёвым. Но по мере развития этих технологий и, в частности, расширения самой «солнечной площадки» в Санлукар-ла-Майор, себестоимость киловатта «с неба» будет падать.

К тому же эти установки предотвратят выброс 600 тысяч тонн углекислого газа в год. Что можно назвать приятным бонусом.

Инженеры разработали парник, нагревающий воздух под солнцем. Над парником «нарисована» труба, в которой этот воздух создавал бы тягу. В трубе должны быть поставлены турбины. Всё кажется простым, если не принимать во внимание, что диаметр теплицы должен составить пару километров, а высота трубы - 800 метров.

Австралийская компания EnviroMission, ещё в 2002 году удивившая мир идеей "вавилонской солнечной башни", похоже, наконец-то нашла понимание, пусть не у себя на родине, где начатый было проект так и не состоялся, но хотя бы за океаном.

Электростанцию с банальным названием «солнечная башня» (Solar Tower) австралийцы собрались возвести в Аризоне. Для управления стройкой в июне нынешнего года к проекту была подключена компания-консультант Faithful+Gould. Сейчас EnviroMission занята приобретением земли и планированием первых работ на участке.

В основе Solar Tower лежит огромная круглая теплица. Днём в пустынной местности воздух и в обычных-то условиях прогревается до 40 градусов, а уж под прозрачной плёнкой или стеклом исполинского парника температура может доходить и до 80 °С.

По замыслу австралийцев, нагретый воздух будет стекаться к центру сооружения, где возвышается 800-метровая труба. У её основания будут размещены 32 турбины, вращающие генераторы. Их суммарная пиковая мощность составит 200 мегаватт.

Вырабатываемой при помощи Solar Tower энергии будет достаточно, чтобы питать около 100 тысяч типичных американских домохозяйств или городок с населением в сотню с лишним тысяч человек. При этом по сравнению с обычной тепловой электростанцией равной мощности парник с высочайшей в мире трубой сэкономит выброс порядка 900 тысяч тонн углекислого газа в год.

Преимущества предлагаемой технологии таковы. Тяга в башне зависит не от абсолютного значения температуры в теплице, а от разности температур воздуха в ней и воздуха, окружающего трубу на большой высоте. Потому Solar Tower может работать практически в любую погоду.

Кроме того, такая башня продолжит вырабатывать электрическую энергию и ночью, поскольку за день грунт под теплицей прогреется очень существенно и сможет ещё долго согревать воздух под плёнкой.

Обойдётся эта электростанция примерно в $750 миллионов. Разработчики не уточняют, откуда добыты средства и есть ли уже требуемая сумма. Но хотя строительство колосса ещё не начато, EnviroMission уже заключила с компанией Southern California Public Power Authority договор о покупке энергии, которую будет вырабатывать Solar Tower.

По информации Gizmag, договор этот заключён на 30 лет.

Между тем, как следует из оценок самой EnviroMission, солнечная энергетическая башня окупит своё возведение всего за 11 лет, а простоять этот исполин сможет, по меньшей мере, 80 лет. Это амбициозная цель и непростая задачка для инженеров, проектирующих рекордную трубу.

Смогут ли австралийцы выполнить задуманное? По соглашению с SCPPA, аризонская башня должна начать поставлять электричество в сеть в первой половине 2015 года.

Создано 28.07.2011 12:13 Пустыня и солнце – понятия неразделимые. Потому неудивительно, что пустыни по всему миру магнитом притягивают любые мало-мальски серьезные компании, специализирующиеся на солнечной энергетике – где еще небесное светило будет столь неизменно ответственно выполнять людские прихоти? Пустыня в штате Аризона (США) тоже не избежала пристального внимания «солнечных» специалистов. Именно здесь австралийская компания EnviroMission готовится воплотить свой первый, крайне амбициозный проект создания полномасштабной солнечной электростанции (так называемой «солнечной башни»).

«Полномасштабной» – это еще мягко сказано. По задумке разработчиков, электростанция будет просто-таки огромной! По завершению работ 800-метровая «солнечная башня» станет одним из самых высоких строений во всем мире. Общая производительность, оцененная в 200 мегаватт, позволит ей снабжать возобновляемой энергией 150 тысяч окрестных городов на протяжении как минимум 80 лет.

Генеральный директор EnviroMission Роджер Дэви (Roger Davey) объяснил журналистам принцип работы «солнечной башни», поделился подробностями относительно подготовки к «Аризонскому проекту» и рассказал о причинах, по которым проект не мог быть реализован в родной для компании-разработчика Австралии.

Как это работает

Идея, лежащая в основе «солнечной башни» от EnviroMission, предельно проста. Солнце освещает и нагревает участок земли у подножия башни, покрытый теплоизолирующим материалом и представляющий собой что-то вроде очень большой теплицы. Нагретый воздух стремится вверх, стекаясь к единственному (центральному) отверстию в покрытии. Именно здесь, в основании башни, находятся турбины, которые и производят электричество за счет естественного восходящего потока воздуха.

Такую систему сложно воспринимать всерьез до тех пор, пока не рассчитаешь необходимую разницу температур и не увеличишь многократно масштаб всего сооружения – что и проделали разработчики. Если поместить башню в жаркую пустынную местность, где температура поверхности днем достигает 40 градусов Цельсия, и прибавить влияние искусственно созданного «парникового эффекта», то температура в воздушном резервуаре составит уже 80-90 градусов Цельсия. Остается увеличить теплицу-резервуар вокруг башни так, чтобы радиус ее достигал нескольких сотен метров, – и получишь солидный объем горячего воздуха.

Нелишним будет также увеличить высоту башни до нескольких сотен метров (каждые сто метров отдаления от поверхности земли означают понижение температуры воздуха на один градус). Чем больше разность температур, тем сильнее башня «втягивает» горячий воздух со дна, и тем больше энергии производят турбины.

Преимущества такого источника энергии очевидны:

• Поскольку электростанция функционирует за счет перепада температур, а не абсолютной температуры, то она будет продолжать работать в любую погоду;
• Поскольку за день почва успевает сильно нагреться, остаточного тепла хватит для продолжения работы ночью;
• Поскольку для означенной цели лучше всего подходит участок сухой раскаленной почвы, то и возводить «солнечную башню» можно на более-менее бесполезном пространстве посреди пустыни;
• Электростанция практически не требует техобслуживания – за исключением редкого осмотра и/или ремонта турбин башня «просто работает» – с начала постройки и до тех пор, пока существуют входящие в ее состав конструкции;
• «Солнечной башне» не требуется сырье – ни уголь, ни уран, ничего, кроме воздуха и солнечного света;
• Она абсолютно безотходна и не выбрасывает никаких загрязняющих веществ, кроме теплого воздуха; определенные участки теплицы даже могут использоваться по прямому назначению для выращивания растений.

Проект Аризона в цифрах

То, что планируют разработчики из EnviroMission – отнюдь не первая попытка создания «солнечной башни». Опытная модель, построенная в Испании, функционировала на протяжении семи лет (с 1982 по 1989 год) и доказала работоспособность технологии.

Однако на этот раз все будет намного масштабнее. Как уже говорилось, проектная высота башни составляет 800 метров (всего на 30 метров ниже дубайского Бурж Халифа, самого высокого здания в мире на 2010 год), диаметр в верхней части – 130 метров.

На данный момент разработчики из EnviroMission заняты покупкой земельного участка и составлением проектной документации. Стоимость постройки, по их оценке, составит 750 миллионов долларов США. Энергоэффективность электростанции ожидается на уровне 60%, что делает ее намного эффективнее и надежнее других возобновляемых источников энергии.

Куда направится произведенная «солнечной башней» энергия, известно заранее - недавно Государственное энергетическое управление Южной Калифорнии подписало с EnviroMission соглашение о сотрудничестве (предварительной покупке электроэнергии) сроком на 30 лет. Исходя из результатов финансового моделирования, постройка башни окупится всего за 11 лет, притом, что ее конструкция рассчитана на более 80 лет службы.

По условиям договора, электроэнергию в американские дома аризонская «солнечная башня» станет поставлять уже в начале 2015 года.

Солнечная башня – австралийские инженеры разработали парник, нагревающий воздух под солнцем (рис. 6.5). Над парником должна располагаться труба, в которой этот воздух создавал бы тягу. Диаметр теплицы должен составить пару километров, а высота трубы - 800 метров. Расчётный КПД такого способа преобразования солнечной энергии - около 60%. Проект реализуется в Аризоне.

В основе Solar Tower лежит огромная круглая теплица. Днём в пустынной местности воздух и в обычных-то условиях прогревается до 40 градусов, а уж под прозрачной плёнкой или стеклом исполинского парника температура может доходить и до 80 °С. По замыслу ученых, нагретый воздух будет стекаться к центру сооружения, где возвышается 800-метровая труба. У её основания будут размещены 32 турбины, вращающие генераторы. Их суммарная пиковая мощность составит 200 мегаватт.

Рис. 6.5. Солнечная башня

Температура окружающего воздуха падает примерно на градус на каждые сто метров высоты. Вместе с нагревом приземного воздуха за счёт эффекта парника это должно обеспечить башне хороший перепад температур снаружи и внутри, а значит, и солидную вертикальную тягу.

Вырабатываемой при помощи Solar Tower энергии будет достаточно, чтобы питать около 100 тысяч типичных домохозяйств или городок с населением свыше ста тысяч человек. При этом по сравнению с обычной тепловой электростанцией равной мощности парник с высочайшей в мире трубой сэкономит выброс порядка 900 тысяч тонн углекислого газа в год.

Преимущества предлагаемой технологии таковы, что тяга в башне зависит не от абсолютного значения температуры в теплице, а от разности температур воздуха в ней и воздуха, окружающего трубу на большой высоте. Потому Solar Tower может работать практически в любую погоду.

Кроме того, такая башня продолжит вырабатывать электрическую энергию и ночью, поскольку за день грунт под теплицей прогреется очень существенно и сможет ещё долго согревать воздух под плёнкой.

Разработчики утверждают, что башня-электростанция практически не потребует обслуживания, кроме периодического осмотра и возможного ремонта турбин и генераторов.

Обойдётся эта электростанция примерно в $750 миллионов. Ожидается, что солнечная энергетическая башня окупит своё возведение всего за 11 лет, а простоять этот энергообъект сможет, по меньшей мере, 80 лет.

По уверению разработчиков, солнечная башня с восходящим потоком сможет действовать даже в облачный день. Рассеянного и прошедшего сквозь облака и дымку излучения, особенно инфракрасной составляющей, окажется достаточно для прогрева воздуха в теплице, пусть и не такого сильного, как в ясную погоду.

Ночная солнечная электростанция

Ночная солнечная электростанция - солнечная электростанция, основанная на центральной башне, полях зеркал-концентраторов и большом накопителе расплавленной соли, введеная в эксплуатацию близ Севильи в городе Фуэнтес-де-Андалусия (рис. 6.6).

Станция максимальной мощностью 19,9 мегаватта будет производить 110 гигаватт-часов энергии в год. Установка гарантирует выработку электричества более 270 суток в году. Это примерно втрое больше, чем у других систем на альтернативной энергии, как известно, страдающих от непостоянства источника (будь то солнце, волны или ветер).

Секрет станции заключается в большом накопителе расплавленной соли, которая играет роль промежуточного носителя на пути тепла от приёмника солнечного излучения до паровых турбин.

Рис. 6.6. Ночная солнечная электростанция

Ранее инженеры уже проводили опыты с буферным сохранением тепловой энергии в солнечных электростанциях, но никогда в таком крупном масштабе. Дело в том, что накопитель тепла способен обеспечивать комплекс энергией в течение целых 15 часов после захода Солнца.

Соль, курсирующая через центральный приёмник, под лучами солнца, сжатыми зеркалами в тысячу раз, нагревается до температуры более 500 градусов по Цельсию.

Возможности теплового буфера новой электростанции с запасом перекрывают всю ночь или, к примеру, целый облачный день. Это свойство позволяет установке работать без перебоев 24 часа в сутки и большую часть дней в году.

Станция Gemasolar, которая обошлась партнёрам в $427 миллионов, уже подключена к энергетической сети. Она способна снабжать энергией до 25 тысяч домов, при этом расчётная экономия выбросов CO 2 составляет 30 тысяч тонн в год.