Самые мощные солнечные электростанции проект. Солнечная электростанция Камути, Индия. Выбор места для электростанции «Топаз»

Виды солнечных электростанций, принцип работы, примеры

Ежедневно потребление электричества в мире растёт. При этой его выработка постоянно дорожает. Тепловые электростанции наносят существенный ущерб окружающей среде и работают на источниках энергии, которые рано или поздно закончатся. Гидроэлектростанции тоже отрицательно сказываются на ОС, хотя и наносят меньший вред. Атомные ЭС имеют много сложностей с подготовкой топлива и утилизацией отработавшего сырья. Поэтому электроэнергия от всех этих видов ЭС не может быть дешёвой. Поэтому в развитых странах уже давно стали обращать внимание на альтернативные источники энергии. В частности, на солнечные электростанции. Излучение Солнца является возобновляемым источником энергии. К тому же эта энергия бесплатна. За несколько дней на землю от солнца приходит такое количество энергии, которое людям хватит на всю жизнь. В этой статье речь пойдёт о промышленных электростанциях. Мы рассмотрим принцип их действия, основные виды, плюсы и минусы. Мобильные солнечные электростанции для дома и дачи будут рассмотрены в отдельной статье.

Солнечная электростанция (СЭС) представляет собой сооружение, с помощью которого энергия солнца преобразуется в электрическую. Варианты преобразования зависят от вида электростанции. В основном можно выделить два способа получения электричества на СЭС:

• Преобразование солнечной энергии в тепловую, а затем в электрическую;
• Преобразование солнечной энергии напрямую в электричество.

Башенные СЭС

Этот тип солнечных электростанций базируется на получении пара посредством тепловой энергии от солнца. В центре конструкции находится башня, высота которой 18─24 метра. Высота зависит от мощности и может выходить за указанные пределы. Сверху башни расположен резервуар с водой. Ёмкость выкрашена в чёрный цвет, чтобы увеличить степень поглощения солнечного излучения. В башне работает группа насосов, перекачивающих из турбогенератора в нагреваемую ёмкость. Вокруг башни на большой площади находятся так называемые гелиостаты.

Гелиостат представляет собой зеркало. Обычно его площадь несколько «квадратов». Зеркало крепится на специальной регулируемой опоре и подключено к системе позиционирования всех гелиостатов. Это нужно для того, чтобы зеркало меняло позицию при изменении положения солнца. Для работы электростанции требуется, чтобы все зеркала направляли отражённые лучи на резервуар.

Когда погода ясная, в резервуаре температура может доходить до 700 градусов Цельсия. Уровень температуры примерно соответствует тепловым электростанциям. Поэтому для выработки электроэнергии из пара применяются стандартные турбины. КПД башенных СЭС достигает 20 процентов при достаточно высоких мощностях.

Солнечные электростанции этого вида получили широкое распространение благодаря использованию в частном секторе. Конструкция включает в себя большое количество отдельных фотоэлектрических модулей разной мощности и с различными параметрами на выходе. Подобные СЭС используются для энергоснабжения домов, дач, санаториев, некоторых промышленных объектов.

Монтаж фотоэлектрических модулей выполняется достаточно просто и быстро. Их можно установить на фасаде здания, крыше, на площадках рядом со зданием и т. п. Мощность таких станций различна, но её вполне хватает для снабжения электроэнергией как отдельных домов, так и целых посёлков.

Солнечные электростанции тарельчатого типа

Электростанции этого типа, как и башенные, получают тепловую энергию солнца, а затем преобразуют её в электрическую. Однако есть различия в конструкции. СЭС тарельчатого типа состоит из нескольких. Модуль представляет собой опору с ферменной конструкцией отражателя и приёмника.

Приёмник находится на таком месте, чтобы на нём концентрировался отражённый солнечный свет. Отражатель – это зеркала в форме тарелки, закреплённые на ферме. Диаметр может доходить до двух метров. Число зеркал может доходить до нескольких десятков. От их количества зависит мощность модуля. В состав промышленных электростанций входит нескольких десятков таких модулей.

Аэростатные СЭС могут быть двух видов:

• Солнечные фотоэлементы или поглощающая тепло поверхность находятся на аэростате. КПД в этом случае около 15 процентов;
• Этот вариант подразумевает использование параболической металлизированной плёнки, вогнутой внутрь под давлением газа. В ней концентрируется солнечная энергия. Цена такой плёнки меньше, чем у солнечных батарей и прочих отражающих поверхностей.

Преимущество аэростата заключается в том, что на его высоте (больше 20 километров) не затенения, осадков и ветра. Верхняя часть аэростата делается из армированной прозрачной пленки. В середине находится концентратор в виде параболы из металлизированного материала. Отражённый свет концентрируется на термопреобразователе. Он охлаждается водородом (преобразование энергии с разложением воды) или гелием (если энергия передаётся дистанционно посредством СВЧ излучения или радиоволн). Сам шар ориентируется на солнце посредством гироскопов, а управляется посредством перекачки балласта (вода). В одном аэростате может находиться несколько модулей (плавающих шаров).

С параболоцилиндрическими концентраторами

Конструкция таких электростанций заключается в нагреве теплоносителя для подачи турбогенератор. На постаменте закрепляется параболоцилиндрическое зеркало, которое фокусирует отражённый свет на трубке, где проходит теплоноситель. Он разогревается, попадает теплообменник, где отдаёт тепло воде. Вода переходит в пар и подаётся в турбогенератор для выработки электроэнергии.

Этот вид электростанций использует энергию потока воздуха. Этот поток создаётся благодаря разности температур в слое воздуха у земли и на некоторой высоте (делается участок, закрытый стёклами). Конструкция таких СЭС включает в состав высокую башню и участок земли, накрытый стеклом.

В основании башни находится воздушная турбина и генератор, вырабатывающий электроэнергию. Мощность, которую он вырабатывает, увеличивается при росте разницы температур. Эта разница зависит от высоты башни. Благодаря тому, что такая СЭС использует энергию нагретой земли, она может функционировать практически круглые сутки.

Электростанции на двигателе Стирлинга

Конструкция таких СЭС представляет собой параболические концентраторы, фокусирующие отражённый свет на двигатель Стирлинга. Есть вариации двигателей Стирлинга, преобразующих электрическую энергию без применения кривошипно-шатунных механизмов. Это даёт возможность добиться высокой эффективности установки. В среднем эффективность находится на уровне 30 процентов. Рабочим телом в таких установках является гелий или водород.

Комбинированные

Часто на различных видах электростанций ставится теплообменная аппаратура для того, чтобы получать техническую горячую воду. Часто она используется в системе отопления. Такие станции называют комбинированными. Так, что параллельная работа фотоэлементов и солнечных коллекторов далеко не редкость.

Плюсы и минусы солнечных электростанций

Описанные ниже преимущества и недостатки в равной степени справедливы для стационарных электростанций большой мощности и небольших портативных.

Плюсы

• Фотоэлектрические панели улавливают свет, даже когда на небе тучи. Они могут улавливать лучи, недоступные для нашего глаза. Таким образом, электростанция работает беспрерывно;
• Есть возможность комбинировать получение энергии из нескольких источников. Обычно применяют ветро─солнечные батареи, сочетающие возможности обоих типов электростанций. Такая связка может функционировать практически беспрерывно без оглядки на внешние факторы;
• Мобильные электростанции имеют небольшие габариты и могут использоваться для обеспечения электроэнергией дома;
• Средний срок службы оборудования СЭС составляет 30─50 лет. При подключении накопительных аккумуляторов, энергия может быть запасена днём и затем использоваться ночью;
• Солнечная энергия бесплатна;
• Солнечные электростанции надёжны, долговечны и дешёво обходятся в обслуживании.

Минусы

• Нельзя использовать фотоэлементы ночью. По этой причине нужно использовать накопительные аккумуляторы;
• Не во всех климатических зонах солнечные электростанции имеют одинаковую эффективность;
• СЭС имеют низкий КПД. В большинстве случаев он составляет 20 процентов. То есть, остальные 80 процентов солнечной энергии теряются. Если сравнивать с другими альтернативными электростанциями, то ветряные имеют КПД до 40, а приливные ─ до 70 процентов.

Производители солнечных станций для максимальной эффективности своих систем рекомендуют использовать гибридные системы, преобразующие энергию солнца в тепловую и электрическую.

Солнечная энергия по ночам – это уже не фантазии, а реальность. По крайней мере, в Калифорнии, где планируется уже через 5 лет получать не менее 33% всей энергии от ветра и солнца. Штат все более наращивает мощность альтернативных источников энергии с целью обеспечить треть электроэнергии за их счет уже в 2020 году. Не удивительно, что величайшая в мире солнечная гелиотермальная электростанция появилась именно здесь. В настоящее время эта станция уже не является экспериментальной – обычная работающая электростанция.

Около 100 гелиотермальных станций уже построены во всем мире, ожидается еще не менее 50. Некоторые из них способны обеспечивать электроэнергией даже по ночам. Ivanpah Solar Electric Generating System, новая солнечная электростанция в Калифорнии, снабжает электричеством 140 000 домов. Расположена она в пустыне Мохаве, не более 3 часов езды к востоку от Лос-Анджелеса. Станцию строили в течение 3 лет, ее стоимость составила 2 млрд 200млн долларов. Здесь вырабатывается чистая энергия, получаемая от солнца. При этом сжигание какого-либо топлива совсем не требуется.

Что интересно, вместо широко распространенных солнечных батарей на станции Ivanpah Solar Electric используются обыкновенные зеркала.

Таких зеркальных модулей, или гелиостатов, на станции насчитывается 173 тысячи. Каждый модуль представляет собой систему, состоящую из двух больших зеркал (каждое размером с ворота гаража).

Зеркала-гелиостаты отражают лучи солнца на вершины высоких башен, которые находятся в центре. Гелиостаты могут вращаться и благодаря этому отражение солнечных лучей на вершины башен происходит непрерывно, пока солнце не уйдет за горизонт.

На верху башен расположены котлы с жидкостью, превращающейся в пар от нагрева. Принцип их работы тот же, что и на обыкновенной ТЭЦ, только вода нагревается здесь не с помощью сжигания топлива, а от солнечных лучей. Мощность станции Ivanpah Solar Electric, составляющая 392 мегаватт, сопоставима с мощностью средней московской ТЭЦ.

Башни строятся как можно более высокими (не менее 148 метров), ведь чем выше башня – тем больше можно поставить вокруг нее зеркал. В середине дня котлы могут нагреваться более 700 градусов. Образующийся при этом пар поступает вниз, вращая турбину и вырабатывая таким образом электроэнергию. Этот принцип выработки электрической энергии называется гелиотермальным.

Такая гелиотермальная станция может работать и после захода солнца, благодаря возможности запасать излишки энергии. Для этого в специальные огромные хранилища нагнетается часть нагретой жидкости, которая выпускается из них после захода солнца. Таким образом, вращение турбины продолжается, такие хранилища при полной мощности могут обеспечить работу турбин в течение 15 часов. Благодаря таким теплохранилищам некоторые геотермальные станции могут работать даже круглосуточно. На станции Ivanpah Solar Electric этих хранилищ еще нет, но в качестве примера можно посмотреть следующее видео. В этом примере рассматривается гелиотермальная станция, находящаяся в Испании, с подробным обьяснением принципа ее работы.

Во время строительства станции ее создатели позаботились и об охране окружающей среды. Ведь, хотя сама станция и является совершенно безопасной, ее строительство угрожало исчезновением редких видов черепах, обитающих в пустыне. Поэтому была разработана специальная программа, в ходе которой компания-владелец станции купила обширный участок земли рядом со станцией, куда и переселились около 200 уникальных черепах. Затраты на переселение редких обитателей пустыни обошлись компании в 22 млн долларов, включая покупку земли, оплату труда биологов и собственно переселение черепах.

Процесс перехода к альтернативным источникам энергии в Калифорнии можно без преувеличения назвать революцией альтернативной энергетики. ВВП штата Калифорния больше ВВП многих стран мирового сообщества. Значение этого показателя составляет 2,2 трлн долларов, а это больше, чем у России, Индии, Канады, Италии, Испании или Австралии, которые считаются достаточно мощными странами. Поэтому энергии Калифорнии требуется очень много, и 33%, которые к 2020 году планируется получать из альтернативных источников – это огромное количество. Аналитики и СМИ уже успели обьявить открытой эру альтернативной энергетики. И тот факт, что солнечные панели в Калифорнии продаются уже в обыкновенных магазинах и быстро дешевеют, - только подтверждает это заявление.По сведениям журнала TIME, как минимум один американский дом переходит на солнечную энергию от панелей, устанавливаемых на крышах, каждые 3 минуты. И со временем эта динамика только возрастает. Правительство США обеспечивает развитие альтернативной энергетики всевозможными способами. Простым людям выдаются беспроцентные займы на солнечные панели, а крупные компании обязаны покупать альтернативную энергию в соответствии с предусмотрительно изданными законами. Благодаря постепенному запуску все большего количества солнечных электростанций в США количество вредных выбросов здесь постепенно сокращается: с 2005 года они уменьшились уже на 17%.Ivanpah Solar является одной из 7 крупнейших солнечных электростанций, которые введены в строй в Калифорнии в последние годы. Запуск каждой такой станции эквивалентен исчезновению из атмосферы не менее 400 000 тонн углекислого газа каждый год. Это сравнимо с исчезновением с автодорог сразу 77 000 автомобилей, загрязняющих атмосферу.

В этом красивом видео можно увидеть виды солнечной станции на фоне ночного Лос-Анджелеса, получающего от нее абсолютно чистую энергию.

Крупнейшая термальная солнечная электростанция в мире February 18th, 2014

В калифорнийской пустыне Мохаве на прошлой неделе начала работу крупнейшая в мире солнечная электростанция Ivanpah Solar Electric Generating Station. Ее проектная мощность составляет около 400 мегаватт: этого количества энергии хватит 140 тысячам домов в Калифорнии.

Проект стоимостью $2,2 миллиарда реализован американской компанией NRG Energy при поддержке Министерства энергетики США. 350 тысяч гигантских зеркал, расположенных на участке площадью 13 кв. километров, отражают солнечный свет, нагревая воду и превращая ее в пар, который, в свою очередь, вращает турбину, вырабатывающую электричество.

Давайте узнаем о ней подробнее …

Фото 2.

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.

Фото 3.

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.

Фото 4.

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.

Фото 6.


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.

Фото 7.

Фото 8.

Фото 9.

Фото 10.

Фото 11.

Фото 12.

Фото 13.

Фото 14.

Фото 15.

Фото 16.

Фото 17.

Фото 18.

Фото 19.

Фото 20.

Фото 21.

Фото 22.

Фото 23.

Фото 24.

Фото 25.

Фото 26.

Фото 27.

Фото 28.

Фото 29.

Фото 30.

Фото 31.

Фото 32.

Фото 33.

Фото 34.

Фото 35.

Фото 36.

Фото 37.

Фото 38.

Фото 39.

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.

Жизнь современного общества уже давно невозможна без электричества. Сейчас 90% инфраструктуры в России компьютеризированы, и практически все базы данных представлены в электронном виде. В такой ситуации просто необходимы, и здесь людям приходит на помощь такое изобретение как электростанция. водяные, тепловые, газовые, ядерные и солнечные. Самая большая России расположена на юге Алтая.

Атомные электростанции: уже история

До недавних пор для получения электричества повсеместно использовались . Первая в нашей стране появилась в Обнинске и просуществовала около пятидесяти лет, прекратив свое функционирование в 2002 году. Мощность энергетического блока Обнинской АЭС составляла 5 МВт, и при первом экспериментальном запуске ею было сгенерировано электричество мощностью 800 Вт.

Атомные станции имеют непростое устройство и требуют особых условий эксплуатации. Чтобы исключить вероятность сбоев и возникновение аварий с утечкой радиации, необходим многочисленный обслуживающий штат.

Поэтому на протяжении всего времени существования ядерных электростанций специалисты пытаются создать генераторы, которые будут вырабатывать энергию при минимальных выбросах углекислого газа и других вредных веществ в атмосферу. А также таких, работа которых в целом была бы более экологичной и менее опасной.

Эра солнечных электростанций

К 2015 году было остановлено значительное количество ядерных электростанций по всему миру. Кажется, нашлась наконец альтернатива, которая соответствует масштабам 21 века.

Количество солнечных электростанций на планете неустанно растет. За последнее десятилетие было запущено и завершено строительство минимум пяти крупных проектов. На сегодняшний день самая большая солнечная электростанция в мире находится в Калифорнии.

Конструкции, которые преобразуют солнечные лучи в - мощный и относительно безопасный по сравнению с ядерными установками источник энергии. «Топливо» станции получают с помощью солнечных модулей, которые представляют собой квадратные панели, распределяющие солнечный свет или концентрирующие его определенным образом - например, на котлах, по принципу станции «Айванпа». Вода в котлах нагревается, а образующийся пар приводит в движение турбины, благодаря работе которых и образуется электричество.

Крупнейшие солнечные электростанции

• Установка в округе Империал. Это самая мощная солнечная электростанция в мире. Ее модули движутся вместе солнцем на протяжении суток, что позволяет получать максимум солнечного света для переработки.
• Станция «Ivanpah» (Ivanpah Solar Electric Generating System), пустыня Мохава, США. Это сооружение известно благодаря своему количеству солнечных модулей - их насчитывается девять миллионов, и размещены они на площади около четырнадцати квадратных километров. Пиковая мощность установки - 550мВт.
• Штат Невада, США. Крупный генератор оборудован модулями производства First Solar, и компании обещана компенсация расходов на строительство в размере до тридцати процентов.
• Солнечная ферма Топаз. Крупнейшая в мире солнечная электростанция, которая была торжественно открыта в ноябре 2016 года и имеет генератор мощностью 550 МВт.

Которые используют для выработки электричества солнечный свет, вполне отвечают требованиям века высоких технологий. Пока что единственные вредные факторы, которые солнечные электростанции оказывают на окружающую среду - они являются существенной помехой в жизни птиц. Что касается безопасности работы самих конструкций, самое страшное - это риск возникновения пожаров.