На прошлой неделе в калифорнийской пустыне Мохаве официально начала работу огромная солнечная электростанция, которая завораживает своей красотой. Проектная мощность электростанции составляет 400 мегаватт, что по подсчетам экспертов хватит 140 тысячам домов в Калифорнии. Давайте узнаем о ней подробнее.

Специалисты подчеркивают, что новая станция позволит серьезно сократить выбросы углекислого газа: как если бы с дорог Калифорнии убрали 72 тысячи автомобилей. В таких «солнечных» штатах, как Аризона, Невада, Калифорния и других уже выделено 17 участков под строительство аналогичных солнечных электростанций.

Вместе с тем, проекты реализуются медленнее, чем планировалось, наталкиваясь, как это ни странно, на протесты со стороны «зеленых». Дело в том, что хотя в долгосрочной перспективе такие станции идут на пользу экологии, по факту само строительство станций загрязняет отведенные под них участки, лишая черепах и других представителей фауны пустыни привычных мест обитания.

Тем не менее, США планируют стать мировым лидером по использованию экологически чистой энергии. Сейчас она занимает не более 1% от общего объема рынка энергетики в стране, однако к 2020 году, согласно принятой государственной программе, треть объема всей добываемой энергии должна быть переведена на возобновляемые источники.

Эта станция является самой большой в мире, ее площадь - 14,24 квадратных километра (5,5 квадратных мили). Называется этот объект - Ivanpah Solar Electric Generating System. Станция эта относится к типу термальных солнечных электростанций.

Данная станция способна производить около 30% всей «термальной энергии», производимой в США. На объекте установлено 3 башни высотой в 140 метров, окруженных 300000 зеркал размером с гаражную дверь. Все эти зеркала фокусируют солнечные лучи на коллекторе, расположенном в верхней части башни. В верхней же части башни находится и водный резервуар, куда и направляется вся тепловая энергия, собранная зеркалами.

Для каждой башни построен и свой центр управления, плюс есть и общий центр управления, откуда контролируется работа всей системы. При этом, по словам компании, создававшей станцию, в системе нет хранилища для расплавленной соли-теплоносителя, как в случае более мелких проектов, типа Crescent Dunes.

Стоит отметить, что каждое из зеркал может изменять угол наклона и направление наклона по команде из центра. Раз в две недели зеркала омываются. Насколько можно понять, используется специальная система омывания зеркал + специальная команда мойщиков, очищающих зеркала по ночам. Для управления всеми зеркалами была создана проприетарная система SFINCS (Solar Field Integrated Control System).

Вся система состоит из 22 миллионов отдельных деталей (заклепки, болты и прочее не считается).

Общая стоимость проекта составила 2,2 миллиарда долларов США, из которых 1,4 - это федеральный займ.

При этом в системе образуется водяной пар, направляемый на лопатки турбин, производящих энергию, которой вполне достаточно для нужд 140 тысяч домохозяйств Калифорнии.

Правда, не обошлось и без проблем. К примеру, сфокусированные солнечные лучи обжигают птиц, пролетающих над станцией. Этот факт является причиной протестов природоохранных организаций США. Но, несмотря на все протесты, проект удалось завершить и запустить в работу.

Наконец, конструкцию еще есть куда развивать. Инженеры BrightSource Energy уже предлагают отказаться от водяных бойлеров и использовать специальные солевые растворы, что еще более повысить эффективность системы при сохранении ее экологических и энергетических качеств.

В обслуживании станции занято 86 сотрудников. Расчетный период эксплуатации составляет 30 лет, в течении которых станция обеспечит электричеством 140 тысяч домов из городов округа.

В наш век альтернативные источники энергии получают все большую популярность. Образцовым городом по внедрению инновационных технологий можно называть Севилью, финансовую и культурную столицу южной Испании. Здесь установлена первая в мире коммерческая солнечная электростанция.

Окрестности Севильи, где установлена солнечная электростанция, напоминают настоящее зазеркалье. В центре стоят две гигантских башни PS10 и PS20, высота которых сравнима с 40-этажными зданиями. Вокруг башни PS10 – 624 гелиостата, огромных зеркала, которые отслеживают солнечные лучи и перенаправляют их на вершину башен. Там установлены паровые турбины, перерабатывающие солнечный свет в электроэнергию. Башня PS20, которая будет введена в эксплуатацию до конца 2013 года, еще более мощная, ее окружают 1255 зеркал. Предполагается, что функционирование башен предотвратит выбросы углекислого газа в атмосферу в размере 600 тысяч тонн ежегодно в течение 25 лет.

Сейчас солнечная электростанция обеспечивает 60 тысяч домов, когда проект будет завершен, эта цифра вырастет до 180 тысяч. Планируется, что мощность обеих башен в сумме достигнет 300 МВт. Безусловно, цены на такую электроэнергию пока выше, чем на традиционные источники. Однако со временем цена нормализуется за счет увеличесния объемов производства.

Могучая сила солнечной энергии была известна человеку тысячи лет назад. Издревле человек пытался обуздать, приручить эту энергию, заставить ее служить себе. В шестом веке Анфимий Траллийский написал трактат о зеркалах. В этом трактате он упомянул о том, как древнегреческий ученый Архимед с помощью многочисленных зеркал и вогнутых щитов-защитников Сиракуз сжег римский флот, сфокусировав на кораблях лучи солнца. Легендой ли было это или нет, неизвестно.

Но опыты, которые должны были бы подтвердить или опровергнуть возможность этого события, проводились неоднократно. Разными людьми, в разных странах и в разное время. И каждый раз эти опыты завершались подтверждением реальной возможности этого эпизода в защите Сиракуз.

До появления в ХХ веке новых технологий, новых материалов, до получения возможности практического применения вольтаики энергия солнца использовалась только и исключительно для подогрева небольших объемов воды. С открытием фотоэффекта, появлением материалов, способных преобразовывать солнечный свет в электрический ток в промышленных масштабах, солнечная энергетика вступила в новую фазу своего развития.

Новые светоотражающие и светопоглощающие материалы, жаропрочные композитные элементы сделали возможным создать такие конструкции, которые позволили использовать энергию солнца для тепловых электростанций, тепловых установок, обеспечивающих горячей водой и отоплением дома.

Солнечная энергетика относится к возобновляемым источникам энергии. Она все шире используется человеком и находит свое применение в самых различных сферах. Возобновляемый потому, что солнце представляет собой неисчерпаемый источник энергии.

А если учесть, что гелиоустановки, генерирующие электричество или тепло, гарантируют полную безопасность окружающей среде, а цены на традиционные энергоносители постоянно растут, то становится очевидным, что солнечной энергетике предстоит бурное развитие в самом ближайшем будущем.

Перспективы, открывающиеся перед гелиоэнергетикой, масштабны. Проекты новых солнечных комплексов амбициозны, а их реализация может в корне изменить наше отношение к традиционным источникам энергии. Безусловно, было бы наивным полагать, что солнечная энергия является панацеей для человечества, постоянно страдающего от нехватки энергии.

Мощности солнечных электростанций постоянно наращиваются, но, тем не менее, доля электроэнергии, которая производится ими, составляет всего 0.8% от общего количества электричества, вырабатываемого всеми генерирующими установками в мире.

Зависимость от погодных условий, от времени суток ограничивает применение солнечных электростанций в качестве постоянных источников энергии. Без аккумулирующих устройств они могут полноценно использоваться только в качестве дополнительных источников, принимающих на себя нагрузку в дневное время суток, и разгружая тем самым основные производители электроэнергии.

Периоды выработки электричества зачастую не совпадают с периодами потребности в нем, так как пик потребления приходится, в основном, на вечерние часы. А в высоких широтах солнечные электростанции просто нерентабельны. Однако эти недостатки гелиевых электростанций не так критичны для солнечных теплогенерирующих установок, так как эти установки представляют собой достаточно инерционные системы, особенно если в них была реализована тщательно продуманная система термоизоляции.

Крупнейшие солнечные электростанции мира

Практически все мощные гелиевые электроустановки строятся в низких широтах, там, где много солнца, где большинство дней в году безоблачные, где имеются обширные свободные площади для размещения солнечных панелей или зеркал.

Самый мощный комплекс гелиоэлектростанций был введен в эксплуатацию в 2012 году в индийском штате Гуджарат. Суммарная мощность сорока шести гелиопарков, объединенных в единую энергосистему, составляет 856.51 мегаватт. С выводом этого комплекса на проектную мощность Индия может получить от систем альтернативной энергетики до 15% от общего количества электричества, вырабатываемого в стране.

Комплекс СЭС в Индии. Штат Гуджарат

В конце 2015 года в южной Калифорнии (США), в Долине Антилоп, была введена в действие солнечная электростанция STAR. Для сооружения этой станции потребовалось почти четыре миллиона солнечных панелей.

Чтобы обеспечить максимально возможное использование энергии Солнца, примерно пятая часть – чуть больше 750 тысяч панелей – были смонтированы на подвижных шасси, соединенных с системой слежения за солнцем. Тем самым обеспечивался прием максимального количества солнечного излучения в течение всего светового дня.

С выходом на проектный режим работы эта электростанция обеспечивала выходную мощность порядка 580 мегаватт. Этой мощности достаточно для того, чтобы обеспечить электричеством жителей города с населением до 75 тысяч. Если бы такое количество электричества вырабатывала обычная тепловая электростанция, то вредные выбросы в атмосферу от нее были бы эквивалентны тем, которые получаются в результате работы 30 тысяч автомобилей.

Солнечная электростанция STAR. Калифорния, США

В Калифорнии были построены еще несколько гелиоустановок, в которых используется принцип прямого преобразования энергии света в энергию электрическую. Это прежде всего гелиевая электростанция Topaz, третья по мощности в мире. Ее выходная мощность составляет 550 мегаватт, и она входит в каскад гелиоустановок, которые должны обеспечить к 2020 году до 33% мощности, потребляемой в Калифорнии. Электричество на этой станции производят 9 миллионов тонкопленочных панелей, выполненных на базе теллурида кадмия.

Солнечная электростанция Topaz. Калифорния, США

Кроме этих электростанций, производящих электричество путем прямого преобразования солнечного света, в Калифорнии функционируют несколько солнечных электростанций термального типа, входящих в десятку самых мощных в мире гелиоустановок. Это прежде всего солнечная электростанция башенного типа Ivanpah, введенная в эксплуатацию в 2013 году.

Эта станция имеет выходную мощность почти 400 мегаватт. Разогрев бойлеров до температуры почти в 700 градусов обеспечивают 173500 гелиостата, каждый их которых состоит из двух зеркал. Гелиостаты обеспечивают постоянное фокусирование лучей солнца на рабочем бойлере. Эта солнечная электростанция занимает пятую строчку в списке самых мощных гелиоустановок.

Солнечная электростанция Ivanpah. Калифорния, США

Солнечные электростанции России

В России гелиоэнергетика не получила такого распространения, как в Европе, США, Индии, Китае. Суммарная мощность российских электростанций, работающих на солнечной энергии, не превышает мощности одной калифорнийской. Тем не менее, развитию гелиоэнергетики в России сейчас уделяется большое внимание. Особенно это касается Крыма и Сибири.

В Крыму сейчас работают две самые мощные гелиоэлектростанции. Солнечная электростанция «Перово» имеет выходную мощность порядка 100 мегаватт, другая солнечная электростанция – «Охотниково» – на 20 мегаватт меньше. Кроме того, в августе 2015 года в поселке Николаевка была запущена в опытную эксплуатацию гелиоустановка мощностью в 70 мегаватт. В поселке Владиславовка построена гелиоустановка мощностью 110 мегаватт.

В 2014 году на Алтае была запущена Кош-Агачская солнечная электростанция мощностью в пять мегаватт. Электрический ток такой мощности вырабатывают 20880 солнечных панелей.

Кош-Агачская СЭС. Алтай, Россия

В 2015 году в Якутии была введена в строй гелиоустановка мощностью в один мегаватт. В Ставрополье, в селе Старомарьевка, на 2019 год запланирован ввод в действие СЭС мощностью в 75 мегаватт, а в Сибири от Заполярья до границ с Казахстаном компанией XEVEL планируется возвести несколько СЭС общей мощностью более 250 мегаватт.

Солнечное теплоснабжение

Гелиевые электростанции термального типа, кроме электрического тока, вырабатывают такое количество тепловой энергии, которое может обеспечить горячей водой и теплом большие производственные помещения, спортивные сооружения, жилые дома.

Теплоноситель, разогретый до 150 – 200 градусов поступает в теплообменники, где нагревает воду, поступающую в дома для отопления и горячего водоснабжения. Поэтому все СЭС термального типа строятся с таким расчетом, что излишки тепловой энергии отдаются в теплоцентрали, а оттуда уже горячая вода подается по назначению.

При этом значительно сокращается расход традиционных ископаемых источников энергии. Например, в Дании сейчас ускоренными темпами ведется проектирование и строительство солнечных электростанций термального типа, которые не только будут обеспечивать экологически чистую выработку электричества, но еще и будут снабжать теплом и горячей водой жителей прилегающих населенных пунктов.

Использование солнечной энергии в быту

На бытовом уровне возможности использования энергии Солнца зависят только от фантазии человеческой. И конечно, в определенной степени, от материальных возможностей. Здесь речь может идти о чем угодно: об электроснабжении дома, освещении улиц и парков, о светофорах, об уличной иллюминации, об украшении дачи, подсветке фонтанов, гирляндах на деревьях, снабжении горячей водой и теплом дачного домика, коттеджа.

Различными фирмами выпускаются и устанавливаются «под ключ» солнечные установки индивидуального пользования. Это может быть и миниэлектростанция на солнечных батареях, и гелиевые концентраторы для отопления и горячего водоснабжения, а может быть и комбинированная установка.

Спектр использования энергии Солнца огромен. Эта энергия работает везде: от гигантских электростанций до портативных зарядных устройств, которые свободно помещаются в кармане или в дамской сумочке. А главные ее достоинства – это неисчерпаемость и безопасность для окружающей среды.

Солнечная энергия часто подвергается критике, так как обладает рядом недостатков по сравнению с традиционными видами, такими как уголь, нефть и газ. Но нет никаких сомнений, что многие страны с крупнейшими экономиками активно развивают это направление.

Если нынешние темпы роста сектора сохранятся, то к 2020 г. около 10% электроэнергии в мире может вырабатываться за счет фотоэлектрических систем. Основной рост ожидается в Китае, Японии, Германии и США.

Большая часть подобной электроэнергии производится за счет масштабных наземных установок, или солнечных ферм, которые представляют собой тысячи фотоэлектрических панелей на нескольких милях пустынной местности. По-видимому, они символизируются будущее альтернативной энергетики.

Именно такие системы позволяют производить электроэнергию за счет энергии солнца в промышленных масштабах. Они даже больше похожи на солнечные города, а не на солнечные фермы.

1. Sambhar Lake (Озеро Самбхар), Индия

• Компания: консорциум 6 государственных компаний, включая Bharat Heavy Electricals Ltd., Power Grid Corp of India, Hindustan Salts
• Мощность: 4000 МВт

Новая солнечная электростанция в Индии, которая будет построена в 70 км от Джайпура, будет иметь в 8 раз больше мощности, чем крупнейшие солнечные фермы США.

Стоимость проекта оценивается в $4 млрд, и он станет символом потенциала солнечной энергетики в Индии. Правда, сейчас он приостановлен из-за конфликтов по поводу землепользования между правительством штата и федеральным правительством.

2. Topaz, Калифорния, США

• Компания: MidAmerican Solar
• Мощность: 580 МВт

На строительство объекта потребовалось 2 года и $2,5 млрд. Последняя очередь была достроена в декабре прошлого года.

Общее число солнечных панелей, расположившихся на площади в 9,5 кв. миль, превышает 9 млн.

Мощности достаточно, для того чтобы обеспечить доступ к электроэнергии в большей части города Сан-Луис-Обиспо, население которого составляет 276 тыс. человек.

3. Solar Star, Калифорния

• Компания: MidAmerican Solar, SunPower Corp.
• Мощность: 579 МВт

Строительство этой электростанции началось в 2013 г. и должно закончиться в этом году.

После завершения количество панелей составит 1,7 млн, но уже сейчас электростанция обеспечивает мощность более 170 МВт.

4. Ivanpah, Калифорния

• Компания: NRG Energy, BrightSource Energy, Google
• Мощность: 392 МВт.

Электростанция открыта почти два года назад. Она расположена на 5 кв. милях в пустыне Мохаве, вблизи границы Невады.

Общее число панелей достигает 300 тыс., а мощности объекта хватает для обеспечения электроэнергией 140 тыс. домов.

Тем не менее проект не раз подвергался критике за то, что при его создании была разрушена привычная среда обитания многих животных, а птицы, пролетающие слишком близко к нему, очень часто погибают.

5. Agua Caliente, Аризона

• Компания: NRG Energy, MidAmerican Solar
• Мощность: 290 МВт

Agua Caliente была запущена в апреле прошлого года и на тот момент претендовала на звание крупнейшей в мире солнечной фермы

Мощности достаточно для питания 230 тыс. домов в регионе.

Эта солнечная ферма была построена за счет гарантийного кредита почти на $1 млрд Министерства энергетики США наряду с капиталом NRG Energy и MidAmerican Solar - Energy Fund, который принадлежит Berkshire Hathaway Уоррена Баффетта.

6. Setouchi, Япония

• Компания: GE, Куни Umi Asset Management, Toyo Engineering Corp.
• Мощность: 231 МВт

Огромная солнечная ферма в префектуре Окаяма начала строиться в ноябре прошлого года. Стоимость проекта оценивается в $1,1 млрд.

Консорциум получил $867 млн в виде займов от банков Японии, и эта сумма является крупнейшей в истории Японии для проектов "зеленой" энергетики.

После завершения строительства объект, расположенный на месте соляного озера, будет продавать электроэнергию Chugoku Electric Power Company по 20-летнему контракту.

7. Nzema Solar Park, Гана

• Компания: Mere Power Nzema Limited (MPNL)
• Мощность: 155 МВт

В настоящее время находится в стадии строительства. Будет вмещать в себя 630 тыс. солнечных панелей, что делает Nzema Solar Park шестой в мире по этому показателю.

Примечательно, что поставляться электроэнергия будет не только в Гану, но также в Кот-д"Ивуар, Того, Бенин и Нигерию.

8. Redstone Solar Thermal Power Plant, ЮАР

• Компания: SolarReserve, International Company for Water and Power Projects (ACWA Power)
• Мощность: 100 МВт

В январе 2015 г. Департамент энергетики ЮАР дал SolarReserve и саудовской компании АКВА Power привилегированной статус претендентов на проект солнечной электростанции, мощность которой составит 100 МВт.

Объем будет расположен близко к проекту Jasper PV, который сейчас является крупнейшим в стране.

Redstone будет поставлять электроэнергию в 200 тыс. домов в пиковые периоды, помогая другим поставщикам.

9. Amanecer Solar CAP Plant, Чили

• Компания: SunEdison
• Мощность: 100 МВт

Электростанция расположена в центре пустыни Атакама и имеет установленную мощность на уровне 100 МВт, что делает ее крупнейшей солнечной электростанцией в Латинской Америке. Станция была открыта в июне прошлого года.

Объем инвестиций в установку 310 тыс. солнечных панелей достиг $250 млн.

Мощности должно быть достаточно для обеспечения 125 тыс. чилийских домохозяйств.

10. Jasper PV Project, ЮАР

• Компания: SolarReserve
• Мощность: 96 МВт

Проект Jasper производит около 180 мегаватт-часов в год, и этого достаточно для обеспечения 80 тыс. домов.

Проект был завершен в октябре прошлого года.

The Ivanpah (полное название Solar Electric Generating System ) расположился в Калифорнии в пустыне Мохаве в 64 км к юго-западу от знаменитого города Лас-Вегас в США.

Мохаве достаточно крупная пустыня, площадью свыше 35 000 км². Именно там находится Долина Смерти
Летом температура там может подниматься выше 54 °C в низинных участках. Именно это место и было выбрано для строительство крупнейшей солнечной тепловой электростанции.

Мощность электростанции составляет 392 МВт. Это достигается 173,5 тысячами гелиостатами (гелиостат-это прибор автоматически поворачивающее зеркало так, чтобы направлять солнечные лучи постоянно в одном направлении, несмотря на видимое суточное движение Солнца ), каждый из которых имеет по два зеркала, направляющих солнечную энергию на бойлеры, расположенные на трех центральных 140-метровых башнях. Таки образом, общее количество зеркал на электростанции составляется 347 тысяч! Площадь одно зеркала составляет 7 кв м, итого на один гелиостат приходится 14 квм.

Обший вид на электростанцию Ivanpah. Она занимает площадь 14,2 кв км пустыни Мохаве недалеко от границы Калифорнии и Невады.

Проект стартовал в 2007 году. Строительство официально началось 27 октября 2010 года - и никем иным, а на тот момент, губернатором Калифорнии Арнольд ом Шварценеггер ом . Первая очередь была подключена к сети в сентябре 2013 для тестирования.
Официально электростанция была открыта 13 февраля 2014 . И сейчас это крупнейшая в мире солнечная тепловая электростанция.
Общая площадь объекта составляет 14,2 кв. км .
В общей сложности, данная система, принадлежащая компаниям NRG Energy, Google и BrightSource Energy, позволяет обеспечить электроэнергией 140 тысяч частных домохозяйств в Калифорнии.
Строительство электростанции было осуществлено компаниями BrightSource Energy и Bechtel обошлось в 2,18 млрд. долларов США.
Проект получил кредит в 1,6 миллиарда долларов под гарантии Министерства энергетики США.
Крупнейшим инвестором в проекте выступила энергетическая компания NRG Energy. Также в проекте финансово поучаствовала компания Google.

Видео о строительстве масштабного сооружения

Источник: http://www.ivanpahsolar.com/

Сейчас на Ivanpah приходится30% всей электроэнергии, генерируемой солнечными электростанциями в США.
Работу электростанции беспечивают 86 операторов и представителей обслуживающего персонала.

Силовая башня LPT 550 производит электричество так же, как традиционные электростанции - путем создания высокой температуры пара, чтобы включить турбину.
Установка состоит из полей гелиостатических зеркал , направляющих солнечный свет на резервуары с водом, расположенные на центральных силовых солнечных башнях . В резервуарах генерируется пар, который вращает специальные турбины Siemens SST- 900 .
Во время работы резервуары очень ярко светятся.
На территории объекта свет фокусируется зеркалами на трех 140-метровых башнях, которые разогреваются до 540 градусов, благодаря чему вода внутри них превращается в сверхнагретый пар. На этом пару работают электрогенераторы.
Экологичность проекта позволяет избежать выброса 400 тысяч тонн углекислого газа в год, что соответствует выбросам 72 тысячи автомобилей.

Упрощенная схема работы электростанции