Техно

Солнечные электростанции будут работать ночью

Новые технологии повысят КПД солнечных станций, снизят себестоимость электроэнергии и удешевят хранение неизрасходованного тепла

В Западной Европе и США  ежегодно выделяются значительные средства на финансирование инновационных технологий в области солнечной энергетики, которая по праву считается одним из самых перспективных направлений современного рынка альтернативной энергетики. Так, на днях американское правительство выделило на разработки в этой сфере $30 млн.  

Что и не удивительно - в прошлом году американский гелиорынок вырос на 15 % по сравнению с 2012-м, а новые солнечные установки достигли рекордных 4,2 ГВт, сделав США лидером в этом сегменте за пределами Азиатско-Тихоокеанского региона.

Пустыня согреет мир

Результаты исследований мировых ученых впечатляют. Эксперты из немецкого Космического центра оценили, что 16 тыс. квадратных километров солнечных тепловых электростанций в Северной Африке, соединенные с Европой новыми высоковольтными линиями электропередачи, могут вырабатывать достаточно электричества для обеспечения всей Европы. А строительство солнечных тепловых электростанций на 1% площади всех пустынь (примерно 84 кв. км), может удовлетворить общемировые потребности в энергии. Так что направление это действительно чрезвычайно перспективное.

Основные разработки, которые ведутся в сфере солнечной энергетики, направлены на решение одной из самых важных проблем в ее использовании - ограниченного доступ к непосредственному источнику. Парадоксально, но больше всего солнца там, где потребление электричества минимально, и наоборот. В развитых странах электропотребление достигает пикового уровня вечером и зимой, а летом и в полдень резко падает. И если себестоимость солнечных батарей и киловатта полученной от светила энергии постоянно падает, то цена аккумуляции электричества не снижается. А ведь как только доля гелиоэнергетики превысит 20% в любой замкнутой энергосистеме, энергоснабжение без хранилища избытков электричества станет проблематичным. Способов решения у этой проблемы много, но все они весьма затратны. Поэтому ученые и пытаются найти наилучший и максимально дешевый метод накопления солнечной энергии.

Тепло будущего

Одним из наиболее перспективных в мире признано на сегодняшний день ноу-хау компании Halotechnics, лидера  в сфере разработок связанных с альтернативной энергетикой. Ее революционное решение не только повысит КПД солнечных электростанций, но и снизит стоимость хранения их энергии. Ученые Halotechnics предлагают запасать не электроэнергию, а тепловую энергию, что проще и намного дешевле.

Изюминка инновации - в специальном стеклообразном теплоносителе, чья рабочая температура составляет 1200 градусов. Такие показатели более чем в два раза обгоняют аналоги. Сегодня в гелиотермальных электростанциях теплоносителем являются растворы расплавленных солей на основе NO3 с максимальной рабочей температурой в 565 градусов. Данный материал тоже пригоден для постройки аккумулирующей системы, но чем выше температура рабочего тела, хранящего тепло, тем меньше этого носителя требуется, а следовательно, тем меньшие материальные затраты необходимы для строительства накопительных мощностей.

Состав самого теплоносителя пока не раскрывается: по словам разработчиков, они перепробовали 18 тыс. комбинаций, прежде чем нашли оптимальную по соотношению «цена-качество» смесь. Новый теплоноситель сохраняет в одной единице объема в три раза больше тепла, чем использующиеся сейчас в большинстве солнечных аккумуляторов растворы расплавленных солей. Весьма важно, что эта технология позволит повысить общий КПД солнечной установки до 45%. Более того, проведенные тесты показали, что себестоимость энергии, генерируемой такими ТЭЦ, составит всего 6 центов за кВт/ч, тогда как средняя цена для существующих сейчас аналогичных гелио ТЭЦ - 14-16 центов.  Таких показателей удалось достичь даже не за счет роста КПД, а благодаря увеличению коэффициента использования установленной мощности (КИУМ). Если сейчас в большинстве геотермальных электростанций турбины работают только днем, то с новым теплонакопителем они будут работать и ночью, повышая КИУМ также вдвое - а значит, резко снижая стоимость одного кВт/ч производимой энергии.
Хотя технология на редкость многообещающая, ее широкое внедрение займет несколько лет, ведь при использовании нового теплоносителя придется существенно изменить конструкцию самих электростанций, а не только их тепловых хранилищ.

Уже завтра

Что же касается ближайших перспектив, то в этом году после финальных тестов будут внедрены ряд других инноваций, призванных удешевить производство и хранение солнечной энергии. Так, вашингтонская компания Sharp Labs of America создала солнечный конвертер, который использует для нагрева теплоносителя ультрафиолет и инфракрасный свет. Государственный университет Аризоны разработал солнечную батарею, которая может работать при температуре свыше 450 градусов. Это существенно повысит КПД гелио ТЭС, а, следовательно, удешевит хранение резервного тепла. Ученые из Технологического  Института Массачусетса изобрели высокоэффективную батарею, которая разделяет полученный свет. Часть его идет на хранение в виде тепла, а часть - на выработку электроэнергии.

Компания Otherlab из Сан-Франциско представила солнечную батарею, которая переадресовывает излишки поученного спектра солнечного света для нагрева емкости с расплавленной солью и хранения в виде тепла для дальнейших нужд. Глава Otherlab Лейла Мадроне утверждает, что эта технология может использоваться для создания недорогих солнечных ферм, которые способны поместиться внутри американского футбольного поля, заменив нынешние громоздкие конструкции, занимающие порой площади в несколько километров. Это особо важно для стран, в которых каждый клочок земли - на вес золота, как, например, Япония или Великобритания.

Все эти изобретения в большей или меньшей мере будут способствовать максимальному использованию огромного потенциала солнечной энергии - бесплатной альтернативе углю и природному газу.