Энергетика будущего. Какая она? Какое топливо она использует, или же производство и передача энергии в будущем будет автономным, чистым и безотходным? Хотя насчет будущего можно только догадываться, вопрос снижения негативного воздействия на окружающую среду достаточно остро стоит уже сейчас. Альтернативная энергетика, о которой уже рассказывалось в одной из наших статей, как раз призвана решить эту проблему.
Как отмечалось, альтернативная энергетика использует возобновляемые источники энергии, к которым относятся ветра, течения, тепло земли и солнечное излучение. Приглядевшись к ним внимательно, можно заметить, что только один из этих источников находится за пределами земли, а влияя на три остальных, мы непосредственно влияем на саму планету. После таких рассуждений кажется вполне разумным делать упор на получение энергии из излучения солнца, ведь огромные площади планеты пустуют, получая колоссальные количества тепла и света, из-за которых жизнь человека там крайне затруднительна.
Электростанции на солнечных батареях - фотоэлектрических преобразователях, пожалуй, известны каждому. В этой статье рассказывается о других, менее популярных, но не менее эффективных солнечных электростанциях (СЭС).
СЭС тарельчатого типа представляют собой большие - до нескольких метров - параболические зеркала, закрепленные на специально сконструированных опорах с трекерами – электромеханическими устройствами, которые позволяют похожим на тарелки зеркалам вращаться в двух плоскостях вслед за солнцем. Необходимость использования трекеров вызвана суточным и годичным изменением положения Солнца по отношению к точке, в которой находится зеркало.
Фото 1. СЭС тарельчатого типа
Точно отлить отражатель большого диаметра и заданной кривизны из металла или стекла технологически крайне сложно, так как поверхность зеркала будет деформироваться из-за собственного веса, поэтому коллекторы выполняют из большого количества отдельных маленьких зеркал. В фокусе (т. е. в области наибольшей концентрации излучения) находится приемник с рабочим телом, которое, испаряясь, может вращать лопасти турбины, соединенной с генератором. Роль приемника может успешно выполнять водородный двигатель Стирлинга – двигатель, преобразующий постоянно поступающую тепловую энергию в электрическую.
Подобным образом работают и СЭС с параболическими концентраторами, разве что в этом случае зеркало сильно «растянуто» (до 50 метров) в горизонтальном направлении, а трекеры вращают зеркала в одной плоскости.
Фото 2. СЭС с параболическими концентраторами
В фокусе концентраторов расположены приемники – трубки из стекла с большой светопропускаемостью. Внутри этих трубок находятся черные трубы с теплоносителем, чаще всего - маслом. Внутри трубок c маслом расположены трубки с водой. Между внешними и средними трубками находится воздух или вакуум, эта прослойка необходима для уменьшения тепловых потерь вследствие конвекции. Масло в средней черной трубке нагревается до температур порядка 400 °C и превращает воду во внутренней трубке в пар, далее все происходит как на обычных электростанциях.
Принцип работы СЭС башенного типа не сильно отличается от двух предыдущих типов электростанций. Отличаются масштабы. Теперь диаметр зеркала – гелиостата – может достигать сотен метров. Гелиостат образован из множества плоских зеркал площадью больше 1 м2, управляемых теми же трекерами.
Фото 3. СЭС башенного типа
В фокусе (на фото вверху – не в фокусе) огромного «зеркала», раскинувшегося на земле, располагается секция башни с теплоносителем – водой, натрием, или расплавами солей. Такая конструкция позволяет добиться температур пара около 700 °С, а чтобы экономить воду, для охлаждения может использоваться воздух.
Пытливый читатель наверняка смекнул, что при увеличении размера гелиостата на пути отраженного луча света, идущего от крайних зеркал к башне, будут находиться внутренние зеркала, что ограничивает его размер. Поэтому предлагаются проекты создания СЭС башенного типа в закрытых карьерах и горных выработках, что позволит увеличить генерируемую мощность и рационально использовать пространство.
Хотя такие электростанции очень энергоэффективны, при их эксплуатации гибнут сотни птиц в год.
Солнечно-вакуумные электростанции бывают двух типов. Первые представляют собой закрытое пространство, воздух в котором, нагреваясь, поднимается вверх. Единственный выход для разогретого воздуха – через трубу в центре парника, в которой находится воздушная турбина и генератор.
Фото 4. Солнечно-вакуумная электростанция
Второй тип подразумевает распрыскивание холодной воды наверху большой трубы, в результате чего воздух внутри трубы становится холоднее, чем снаружи. Более тяжелый холодный воздух, опускаясь вниз и вытекая из трубы, вращает лопасти турбогенераторов.
Космические СЭС планируют запустить на орбиту китайские инженеры после 2021 года. Солнечные панели будут получать энергию на высоте 36 000 км над землей и передавать ее посредством излучения, не подверженного ослаблению из-за атмосферных явлений.
Фото 5. Космическая СЭС
Далее сравнивается эффективность реализованных проектов по производству электроэнергии из света:
Различные солнечные электростанции – перспективное направление развития энергетики. Многие варианты безопасны для окружающей среды и фактически делают производство электроэнергии безопасным, безотходным и эффективным. Будущее - в наших руках.
знакомству