7. Солнечная энергия.

Энергетика, основанная на ис­пользовании солнечной энергии в широком смысле, часто именует­ся как «гелиоэнергетика» (от греч. Helios - Солнце).

Использовать огромные ресурсы солнечной энергии пока не удается в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных пре­пятствий на этом пути является низкая интенсивность солнечного излучения даже при наилучших атмосферных условиях и непосто­янство во времени (день-ночь, ясно-облачно, лето-зима и т.п.). На­пример, на экваторе интенсивность солнечного излучения в сред­нем за сутки составляет около 250 Вт/м² (при максимальном значе­нии около полудня почти 1000 Вт/м²). В то же время в современ­ных парогенераторах ТЭС и АЭС тепловой поток в сотни-тысячи раз выше (0,1 - 1,0 МВт/м²), что обеспечивает относительную ком­пактность и меньшую стоимость оборудования. Поэтому главная проблема крупномасштабного использования энергии Солнца - разработка дешевых и надежных методов концентрации его излу­чения в сотни раз еще до того, как она превратится в тепло. Дости­гается это с помощью специальных зеркал (гелиостатов), которые «отслеживают» положение Солнца и фокусируют излучение на поверхность емкости (коллектора), где нагревается теплоноситель, как в топке (парогенераторе) ТЭС (рис. 2.9). Коллектор поднят над поверхностью земли и установлен на высокой башне (до 300 м) для снижения взаимного затенения гелиостатов. Поверхность коллек­тора снаружи покрывается специальным селективным покрытием, хорошо поглощающим солнечное излучение и сокращающее соб­ственное излучение коллектора («парниковый» эффект). Запасен­ное тепло преобразуется в электроэнергию с помощью традицион­ного паротурбинного цикла. Такова принципиальная схема солнеч­ной тепловой электростанции (СТЭС) башенного типа.

В табл. 2.5 приведены некоторые технико-экономические пара­метры проекта СТЭС электрической мощностью 100 МВт, разрабо­танной для юго-западного пустынного района США. Электростан­ция получает солнечную энергию всего в течение 6 - 9 часов в за­висимости от времени года. В сочетании с тепловым аккумулято­ром, рассчитанным на 6-часовое действие, возможно обеспечить работу электрогенератора мощностью 100 МВт в течение 8 - 14 часов. При этом для получения 600 МВт тепловой мощности в коллекторе в течение 6 - 9 ч ясного дня необходимо установить коллектор на высоту 330 м. Оптимальный размер зеркал (гелиоста­тов) 6x6 м². Они должны автоматически поворачиваться за солн­цем так, чтобы в каждый момент времени плотность сфокусиро­ванного на коллектор излучения была максимальной.

Оценки показывают, что для электростанции со среднесуточной мощностью 1 ГВт (как на современных блоках ТЭС и АЭС) ре­зультирующий КПД не превысит 15 %, а для размещения фокуси­рующих зеркал потребуется площадь 30 - 50 км², что сравнимо с площадью крупнейших водохранилищ равнинных ГЭС. По данным [2.11] для строительства такой СТЭС потребуется затратить энер­гии на добычу и производство материалов для нее больше, чем она выработает за время эксплуатации.

Солнечная теплофикация. Использование солнечной энергии сегодня сводится в основном к производству низкопотенциального тепла (до 200 ^оС) для горячего водоснабжения, подогрева воды в плавательных бассейнах, дополнительного обогрева или конди­ционирования жилищ. Энергию солнца можно аккумулировать днем для обогрева домов и теплиц в ночное время.

Тепловые солнечные коллекторы устанавливают на крышах, об­ращенных в южную сторону. Они работают по «принципу парни­ка». Это - с одной стороны деревянные, металлические, или пла­стиковые короба, закрытые с другой стороны одинарным или двойным стеклом. Внутрь короба для максимального поглощения солнечных лучей вставляют волнистый металлический лист, окра­шенный в черный цвет. В коробе нагревается воздух или вода, ко­торые периодически или постоянно отбираются оттуда с помощью вентилятора или насоса. Нагретый воздух или воду используют для различных целей. Дневная производительность на широте 50^о мо­жет достигать 2 кВт-ч с квадратного метра. КПД солнечных кол­лекторов составляет 40 - 50 %.

Большой объем работ по применению солнечной энергии в этих целях выполнен в США, Германии, Японии, Австралии и ряде дру­гих стран. В Израиле в соответствии с законом, требующим, чтобы каждый дом был снабжен солнечной водонагревательной установ­кой, используется более 800 тыс. солнечных коллекторов, которые производят около 15 млн ГДж тепла и обеспечивают 70 % населе­ния горячей водой [2.4]. В феврале 2000 г. в Германии был принят многообещающий закон по возобновляемой энергетике, в котором главная роль отведена использованию солнечной энергии. Закон вступил в силу 1 апреля 2000 г. и идет как дополнительная под­держка программе «100 000 солнечных крыш», утвержденной 1 января 1999 г. Эта важнейшая программа мирового уровня обес­печена федеральным бюджетом в 1,1 млрд DM. Ее цель - стимули­ровать инвестиции частных лиц, мелкого и среднего бизнеса в соз­дание энергоисточников на основе возобновляемых источников энергии, соединенных с энергетической сетью. Аналогичные про­граммы принимаются в других странах.