Альтернативная энергетика

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Гибридные солнечные станции

Рассмотрение основных методов преобразования солнечной энергии показывает, что каждый из них имеет определенные достоинства, однако ни один не может обеспечить надежное производство энергии.

Фотоэлектрические системы дают возможность производить электричество в светлое время суток, при этом радиация может быть прямой или рассеянной. Для их работы не требуется высокая степень концентрации. Однако в темное время суток производство энергии с помощью таких станций невозможно.

Солнечные станции, использующие термодинамический цикл, могут преобразовывать только прямую солнечную радиацию, поскольку для их работы требуется высокая степень концентрации солнечного излучения. Преимущество солнечно-термальных станций в том, что они приспособлены к высокотемпературному аккумулированию тепла в пределах суток, что позволяет производить электричество в темное время суток или в условиях кратковременного отсутствия прямой солнечной радиации. Высокотемпературное аккумулирование тепла в настоящее время потенциально более экономично, -чем батареи или другое нетопливное накопление, особенно когда жидкость-теплоноситель также и аккумулирует тепло. Однако при длительном отсутствии прямой солнечной радиации такие станции работать не могут, поскольку солнечная энергия аккумулируется ненадолго.

Долгосрочную аккумуляцию дает биоконверсия. Специальное выращивание биомассы с последующим ее пе-ребраживанием в спирт или метан позволяет создать искусственные аналогии процесса образования органического топлива,во много раз превосходящие по скорости естественные процессы. Недостатком системы биоконверсии является низкий КПД преобразования солнечной энергии. Он обусловлен низкой эффективностью фотосинтеза, в результате которого получается органическое топливо, требующее дополнительного преобразования, что еще больше уменьшает КПД системы.

Один из возможных путей повышения надежности солнечных станций - подключение к Солнечной системе недорогой системы на ископаемом топливе, энергия от которой может компенсировать колебания "со'лнечного снабжения". Однако гибридные системы такого типа уже не являются солнечными станциями в полном смысле слова.

Вместе с тем задачу надежного производства энергии с использованием только солнечной радиации можно решить, если построить гибридную станцию, совмещающую в себе все три метода преобразования солнечной энергии: фотоэлектрический, солнечно-термальный и биоконверсию. Действительно, в такой станции фотоэлектрическая система прямо преобразует солнечную радиацию в электричество, которое может потребляться сразу в момент его производства. Термодинамическая система аккумулирует солнечную энергию для работы станции в часы пик и в темное время суток. Система биоконверсии обеспечивает работу станции в периоды длительного отсутствия солнечной радиации за счет аккумулирования биотоплива.

Требуемое количество аккумулированной энергии зависит от расположения станций и может быть небольшим. Обычно потребность в электроэнергии имеет суточные пики в середине дня и сезонные в начале лета, т.е. тогда, когда возможна максимальная выработка энергии от солнечных установок. Поэтому для удовлетворения нужд довольно широкого круга потребителей вполне достаточно умеренного количества аккумулированной энергии.

Схема возможного варианта гибридной солнечной станции показана на 31-33. Поскольку это не просто механическое соединение трех систем преобразования солнечной энергии, а единая взаимосвязанная система, стоимость станции значительно снижается.

Система имеет общий силовой блок для производства электроэнергии с помощью теплоносителя и биотоплива. В свою очередь, тепло и углекислый газ, получающиеся при сжигании биотоплива, используются при выращивании биомассы. В результате система оказывается замкнутой по СО2, а использование тепла позволяет существенно продлить сезон выращивания биомассы.

В каком же состоянии находятся разработки различных компонентов гибридных солнечных станций, когда можно ждать осуществления этих проектов, какие трудности препятствуют созданию солнечных станций и каковы возможные пути их преодоления?

Наиболее распространены в настоящее время солнечно-термальные станции, что в значительной мере связано с успехами, достигнутыми компанией "Луз". Стоимость энергии, вырабатываемой ее станциями последнего образца, сопоставима со стоимостью энергии тепловых станций.

В настоящее время существует эффективный способ уменьшения стоимости фотоэлектрических станций даже при существующей технологии производства фотобатарей. Он разработан в лаборатории возобновляемых источников энергии МГУ и основан на использовании надувных пленочных концентраторов. Его схема представлена на 32. Он состоит из пневмобаллона, изготовленного из тонкой пленки, к внутренней поверхности которого прикреплены две полосы пленки с напыленным металлическим покрытием. Поверхность пневмобаллона, ориентированная к свету, прозрачна. Поверхность со стороны выходного отверстия также может быть прозрачной.

Отражающими плоскостями надувного фоклина служат металлизированные пленки, которые натягиваются за счет натяжения стенок пневмобаллона под действием давления газа. КПД установки может составлять 6-7%.

Отличительной особенностью гибридных станций является то, что их размещение должно производиться на основе учета ряда физических данных, важнейшими из которых являются параметры солнечной радиации.