Завораживающее 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.

Самая красивая солнечная станция - в Испании

В мае 2011 года в Испании была введена в строй гелиотермальная электростанция, концентрирующая солнечную энергию при помощи зеркал и запасающая её в виде тепла на ночь и даже на периоды низкой инсоляции. Она напоминает гигантский небесный цветок с пестиком, горящим от солнечного цвета - и самое удивительное, что солнечная электростанция продолжает работать в любое время суток и в любую погоду.

По результату работы зимой 2011–2012 года, средний коэффициент использования установленной мощности электростанции составил 74%. Такое в истории гелиотермальных и солнечных станций наблюдается впервые.

Солнечная станция Gemasolar

В фантастической саге Ларри Нивена "Мир-кольцо" описывались зеркальные цветы, которые концентрировали солнечные лучи на своем пестике и получали необходимую для выживания энергию. По этому же принципу работает и солнечная станция Gemasolar Power Plant возле Севильи, Испания.

Первая в мире коммерческая солнечная электростанция Гемасолар, способная функционировать круглые сутки и в любую погоду. Фуэнтес-де-Андалусиа, Испания.
Gemasolar состоит из тысяч квадратных метров зеркал (а не солнечных батарей). Эти зеркала используются для концентрации солнечного света в одной точке, работая как огромное увеличительное стекло. Затем жидкость, которая течет мимо точки концентрации лучей, нагревается до сотен градусов по Цельсию и использует тепло для питания турбин.

Более 2600 зеркал, установленных на площади 185 гектаров, собирают лучи солнца на, грубо говоря, бочке с солью. Соли азотной кислоты отлично удерживают тепло и греют резервуары с водой, которая превращаясь в пар, крутит турбину.

Солнечная станция рядом с Севильей

Gemasolar Power Plant - это первая солнечная станция, которая вырабатывает энергию и ночью, а все благодаря соли, которая медленно остывает в темное время суток . Не зря слова соль и солнце созвучны! Производительность станции, строительство которой обошлось в 260 миллионов евро - 20 мегаватт . Это на два порядка меньше, чем можно получать от АЭС, но зато солнечная энергия не наносит ущерба окружающей среде и исключает экологические катастрофы. Чтобы получить ту же энергию путем сжигания топлива, потребовалось бы выбрасывать в атмосферу 30 000 тонн углекислого газа ежегодно! Gemasolar Power Plant - самая большая и, пожалуй, самая красивая станция своего типа в Европе.

Новая электростанция сможет вырабатывать около 110 000 МВт-ч энергии в год, что достаточно для снабжения энергией более 25000 домов. Стоит отметить, что электростанция была рассчитана на работу в течение 270 дней в год. Ее официальное строительство было начато в мае 2011 года.

Солнечная станция

Солнечная станция , открытая в начале октября 2011 года, пока что работает на 70% мощности, но ее создатели, компания Torresol Energy и арабский инвестор Masdar, рассчитывают уже в 2012 году выйти на полные обороты. В этом им поможет сама погода Севильи, где практически всегда солнечно. И даже в тихом сумраке ночей от Севильи до Гренады теперь будет раздаваться не звон мечей, а тихое шипение нагретой солнцем соли.

Солнечная станция, которая работает даже ночью

Солнечная электростанция Gemasolar Power Plant

См.тж.: http://www.kulturologia.ru/blogs/090811/15104/

Вокруг центральной башни этой гелиоТЭС, имеющей в высоту 140 м, расставлено 2 650 отражающих зеркал, каждое из которых имеет площадь поверхности в 120 м². Общая площадь электростанции — 195 га (1,85 км²), хотя площадь отражающих зеркал (эффективная площадь гелиоколлектора) — всего 304 000 м². Сооружение, находящееся в муниципалитете Фуэнтес де Андалусия (провинция Севилья), представляет собой первую коммерческую электростанцию такого типа, предназначенную для круглосуточной работы бóльшую часть года.

Мощность станции невелика — всего 19,9 МВт, но годовая выработка составляет 110 ГВт ч. Причём это не теория, а практический результат за прошедшие 9 месяцев (в пересчёте на год). Хотя год непрерывной работы ещё не завершился, но худшая для гелиоэнергетики часть уже позади: длительность светового дня растёт — а значит, к маю средневзвешенные показатели станции могут только увеличиться.

Ключевой момент проекта — то, за счёт чего Gemasolar удаётся вырабатывать столько энергии. Станция работает (хотя и не всегда на полной мощности) 6 400 часов год из 8 670 часов общего времени, с коэффициентом использования установленной мощности в 74%. Для запасания энергии на тёмное время суток и недлительные бессолнечные периоды (зимой) используется ёмкость с расплавленными солями, циркулирующими при температурах до 560 ˚C. Теплоаккумулятор запасает до 600 МВт ч энергии, что обеспечивает функционирование станции до 15 часов вообще без какого-либо солнечного излучения. Таким образом, более четырёх месяцев в году, с мая по сентябрь, гелиоТЭС функционирует круглые сутки на максимальной мощности. И даже с октября по апрель может работать интенсивнее других станций такого типа без теплоаккумуляторов (до 14 часов в солнечные зимние дни).

Расплав солей нагревает воду во втором контуре, а образующийся при этом пар вращает низкотемпературную турбину. По словам представителей оператора, обе ёмкости с расплавленными солями при этом сравнительно невелики: в них всего 6 250 т, что для теплоаккумулирующей способности в 600 МВт ч не так много. Практический КПД станции равен 18%; именно такая часть солнечного света, падающего на зеркала, преобразуется в электричество.

Стоимость строительства Gemasolar составила около €200 млн ($260 млн, включая урегулирование земельных вопросов), что даёт более $13 тыс. за киловатт-час установленной мощности. Разумеется, эта цифра немного обманывает: ни обычные гелиотермальные электростанции, ни солнечные батареи на фотоэлементах не работают 6 400–6 500 часов в год, поэтому прямое сравнение стоимости ввода мощностей здесь неприменимо. Да и сами представители Gemasolar признают, что им пришлось заказывать себе специальные турбины и тепловое оборудование, так как обычные ТЭС имеют совсем другие параметры теплоносителя. Естественно, стоимость индивидуального заказа превышала нормальные по отрасли цены, однако массовое строительство таких станций могло бы серьёзно улучшить ценовую ситуацию.

В особенности же эксплуатационники упирают на отсутствие у Gemasolar необходимости в топливе. Сантьяго Ариас, управляющий гелиоТЭС, отмечает и то, что в 2003-м, когда проект начинался, все считали Torresol Energy чудаками, вкладывающими деньги в «зелёный», но неприбыльный проект. «Но тогда баррель нефти стоил $28, а сейчас он дороже $120. Дайте энергетикам ещё 10 лет в том же духе, и чудаками покажутся уже они». По словам г-на Ариаса, уже через 18 лет после начала эксплуатации станции оператор намерен выплатить все заёмные деньги. И тогда «Gemasolar станет печатным станком, выпускающим тысячеевровые купюры». По мнению управляющего, даже самое драматическое снижение цен на фотоэлементы не закрывает гелиоТЭС дорогу в будущее, ведь коммерчески выгодных накопителей электроэнергии пока нет, а теплоаккумулятор на сотни МВт не только возможен, но уже успешно функционирует.

* * *

Фантастическая картина, неправда ли? Перед Вами - солнечная электростанция так называемого башенного типа с центральным приемником. В этих электростанциях для преобразования в электроэнергию солнечного света используется вращающееся поле отражателей-гелиостатов. Они фокусируют солнечный свет на центральный приемник, сооруженный на верху башни, который поглощает тепловую энергию и приводит в действие турбогенератор. Каждое зеркало управляется центральным компьютером, который ориентирует его поворот и наклон таким образом, чтобы отраженные солнечные лучи были всегда были направлены на приемник. Циркулирующая в приемнике жидкость переносит тепло к тепловому аккумулятору в виде пара. Пар вращает турбину генератора, вырабатывающего электроэнергию, либо непосредственно используется в промышленных процессах. Температуры на приемнике достигают от 538 до 1482 C.

Первая башенная электростанция под названием “Solar One” близ Барстоу (Южная Калифорния) была построена еще в 1980 году и с успехом продемонстрировала применение этой технологии для производства электроэнергии. На этой станции используется водно-паровая система мощностью 10 МВт.

Самую большую солнечную электростанцию в виде башни запустила компания Abengoa Solar. Ее мощность составляет 20 МВт. Солнечная башня PS20 расположена недалеко от Севильи, в Испании, и построена она рядом с ранее действовавшей башней PS10 меньшей мощности.

Солнечная электростанция PS20 концентрирует на башне высотой 161 метр лучи, отраженные от 1255 гелиостатов. Каждое зеркало гелиостата площадью 120 м 2 направляет солнечные лучи на солнечный коллектор, расположенный наверху 165-метровой башни. Коллектор превращает воду в пар, который приводит в движение турбину. Построена станция в 2007г. К 2013 году Испания планирует получать от солнечных установок разнообразной конструкции, включая башни, около 300 МВт электроэнергии.

Недостатком любой солнечной станции является падение ее выдаваемой мощности в случае появления облаков на небе, и полное прекращение работы в ночное время. Для решения этой проблемы предложено использования в качестве теплоносителя не воды, а солей с большей теплоемкостью. Расплавленная солнцем соль концентрируется в хранилище, построенного в виде большого термоса, и может использоваться для превращения воды в пар еще продолжительное время после того, как солнце скроется за горизонтом.

В 1990-х годах “Solar One” была модернезирована для работы на расплавленных солях и теплоаккумулирующей системы. Благодаря аккумулированию тепла башенные электростанции стали уникальной гелиотехнологией, позволяющей диспетчеризацию электроэнергии при коэффициенте нагрузки до 65%. При такой конструкции расплавленная соль закачивается из “холодного” бака при температуре 288 C и проходит через приемник, где нагревается до 565 C, а затем возвращается в “горячий” бак. Теперь горячую соль по мере надобности можно использовать для выработки электричества. В современных моделях таких установок тепло хранится на протяжении 3 - 13 часов.

Розовым цветом показано хранилище горячей соли, синим - холодной. Красным - отмечен парогенератор, соединённый с турбиной и конденсатором пара (иллюстрация взята с сайта solarpaces.org).

Строительство такой станции обходится в сумму порядка 5 миллионов евро.

Любопытно, что солнечная башня может использоваться не только для непосредственного преобразования тепла в электроэнергию с помощью турбин. Израильский Weizmann Institute of Science в 2005 году отработал технологический процесс получения цинка из оксида цинка в солнечной башне. (Оксид цинка образуется при отработке срока эксплуатации большинства батарей - см. статью ). Оксид цинка в присутствии древесного угля нагревается в башне солнечными лучами до температуры 1200 °С. В результате процесса получается чистый цинк. Далее цинк можно использовать для изготовления батарей. Другой вариант его использования - поместить цинк в воду и в результате химической реакции получить водород и оксид цинка. Оксид цинка снова отправляется в солнечную башню, а водород может использоваться для работы водородных двигателей в качестве экологически чистого топлива. Эта технология прошла испытания в солнечной башне канадского Institute for the Energies and Applied Research.

Швейцарская компания Clean Hydrogen Producers (CHP) разработала технологию непосредственного производства водорода из воды при помощи параболических солнечных концентраторов. Оказывается, вода начинает разделяться на водород и кислород при температуре более 1700 °С, что без проблем достигается в гелиоустановках.

Таким образом, человечество постепенно осваивает самый большой источник энергии, находящийся под боком - Солнце.

В 2011 году в Испании появилась первая в мире солнечная электростанция, которая способна работать не только днем, но также и ночью.

1. Эта солнечная электростанция максимальной мощностью 19.9 мегаватта производит 110 гигаватт-часов энергии в год.

2. Выглядит солнечная электростанция Gemasolar весьма впечатляюще - башня, высотой около 200 метров, окруженная 2 650 зеркалами по 96 кв.м. каждое. Общая площадь «зеркального поля» составляет примерно 185 гектаров.

3. Солнечная электростанция Gemasolar состоит из огромного зеркального поля и возвышающийся в его центре башни. На поле находится множество гелиостатов - зеркал, отслеживающих движение Солнца и улавливающих его свет.

4. Этот свет, отражаясь от гелиостатов, направляется на вершину высокой башни. Сфокусированный луч нагревает воду, превращая ее в пар, который затем подается по трубам на турбины, крутит их, и, тем самым, заставляет электрические генераторы вырабатывать ток.

5. Как же солнечная электростанция может работать ночью без солнца? Весь секрет в двух баках с расплавленной солью, которые собирают тепловую энергию, производимую в течение дня. Таким образом она может генерировать электроэнергию 24 часа в сутки.