7.2. Использование солнечной энергии
В настоящее время разработаны три схемы использования солнечной энергии. Наиболее перспективной является схема солнечной электростанции (СЭС) с фотоэлектрическими элементами на основе кремния. Фотоэффект – возникновение электрического тока при воздействии света – был открыт Г. Герцем в 1876 г. Затем А.Г. Столетов создал первый фотоэлемент и провёл глубокие исследования закономерностей этого явления.
В 1953 г. была создана первая солнечная батарея и уже в 1958 г. очередной запущенный третий по счету советский спутник Земли был оснащён солнечным источником энергии.
Спустя полвека сегодня в США, например, работают несколько экспериментальных фото-ЭС суммарной мощностью около 6,5 МВт. В Германии под Лейпцигом в 2004 г. пущена СЭС мощностью 5 МВт. У нас в Оребургской области в 2014 г. пущена фотоэлектростанция мощностью 5 МВт..
Но пока СЭС являются еще достаточно дорогими. Хотя развитие технологии получения «солнечного» кремния позволит снизить удельные капиталовложения в солнечные фото-ЭС. Уже сегодня в Индии проектируется СЭС по затратам не уступающая ТЭС на угле, а Канада планирует строительство в Кении СЭС на1000 МВт.
Другое направление использования солнечной энергии– преобразование её в электрическую на базе термодинамического цикла. Тепловая СЭС башенного типа мощностью 5 МВт была введена в опытную эксплуатацию в 1985 г. в Крыму. На вершине башни располагается солнечный котёл чёрного цвета, на котором с помощью гелиоконцентраторов или системы зеркал и линз фокусируются солнечные лучи, что приводит к повышению температуры котла и закипанию воды. Образовавшийся пар поступает в турбогенератор, после которого конденсируется и конденсат насосом подаётся вновь в котёл. Но эта технология не оправдала себя и сегодня в мире доля ее в СЭС не превышает 3 %.
Наиболее простым направлением использования солнечной энергии является преобразование её в тепловую для целей горячего водоснабжения или отопления помещений. Основным элементом такой системы является коллектор, изготовляемый из специальных алюминиевых профилей, в котором вода нагревается до необходимой температуры.
7.3. Геотермальные электростанции
По современным представлениям глубинные слои Земли сильно разогреты. Известно, что в среднем на каждые 30-40 м в глубь Земли, температура возрастает на 10С. Повышение температуры объясняется существованием теплового потока, направленного от земного ядра. Мощность этого потока в тысячи раз меньше мощности солнечной радиации, но в некоторых регионах планеты концентрированный тепловой поток с термальными водами и паром выходит практически на поверхность Земли и уже активно используются как источник энергии. В Новой Зеландии ГеоТЭС вырабатывают до 40% всей электроэнергии, в Италии – 6%. Небольшая северная страна Исландия полностью обеспечивает себя овощами, фруктами и даже бананами. Теплицы здесь получают энергию от тепла горячих источников – гейзеров. Столица страны г. Рейкьявик, где проживает половина населения страны, отапливается только за счёт подземных источников.
Но не только для отопления используется тепло Земли. Еще в 1904 г. в небольшом итальянском городке Лардерелла была пущена первая маломощная геотермальная электростанция, которая много раз совершенствовалась и сегодня достигла мощности 360 МВт. В США недалеко от Сан-Франциско работает геоТЭС мощностью 500 МВт.
В России ГеоТЕС географически “привязаны” к районам парогидротермальных месторождений (Камчатка, Курилы). В этих районах ГеоТЭС могут почти полностью удовлетворить потребности в электроэнергии и уже сейчас имеют коммерческую привлекательность с учетом высокой стоимости привозного топлива. Перспективы ГеоТЭС для указанных районов уже определились. В дополнение к Верхне-Мутновской ГеоТЭС мощностью 12 МВт в ближайшие годы будут строиться Мутновская ГеоТЭС мощностью 50 МВт (первая очередь). В планах строительство Океанской ГеоТЭС в Сахалинской области мощностью 12 МВт. С учетом существующей Паужетской ГеоТЭС мощностью 11 МВт суммарная мощность всех ГеоТЭС региона может составить 85 МВт.
Гораздо большее распространение в электроэнергетике России могут получить ГеоТЭС на термальной воде с температурой 100-200оС, месторождения которой значительно более распространены. Такая ГеоТЭС должна быть двухконтурной, с низкокипящим рабочим телом во втором контуре. Структурная схема геотермальной ЭС показана на рисунке 7.1.
Рисунок 7.1 Схема ГеоТЭС для вулканических районов:
1 – скважина; 2 – парогенератор; 3 – турбина; 4 – конденсатор; 5 – насос;
6 – водяной теплообменник.
Однако эти ГеоТЭС, в отличие от парогидротермальных, требуют опытно-промышленного освоения для отработки технологии и достижения коммерческой привлекательности.