Солнечные электростанции

Так, нагрев рабочего газа в цилиндре стирлинга (при подводе тепла извне) происходит при практически постоянном объёме, затем идёт расширение при почти постоянной температуре, потом газ перемещается отдельным поршнем-вытеснителем в холодную зону, где происходит охлаждение при почти постоянном объёме.

Далее следует сжатие при постоянной температуре. Затем вытеснитель загоняет тот же газ в горячую область, и всё начинается сначала.

При этом в канале между горячей и холодной областью часто ставят пористый теплорегенератор, который ускоряет охлаждение и нагрев газа при его движении в ту или иную сторону.

Разумеется, машина, построенная непосредственно мистером Стирлингом, отличается от современных стирлингов так же сильно, как первые дизели, созданные самим Рудольфом Дизелем от дизельных моторов XXI века. Но принцип остался тем же.

Теоретически КПД Стирлинга может совпадать с физическим пределом, определяемым разностью температур "печки" и "холодильника", да и на практике можно получить от стирлингов КПД порядка 70%, что раза в два выше, чем у хорошего дизеля.

Почему же стирлинг "не пошёл"? Увы, чтобы получить от него сколь-нибудь приемлемую удельную мощность (по отношению к его размерам и весу), как и выжать весь потенциал цикла по КПД, нужно идти на ряд технологических ухищрений, которые сильно удорожают конструкцию.

У стирлинга есть сильные козыри. Это не только КПД, но и почти полное отсутствие шума (никаких взрывов) и возможность работать на любом топливе – от бензина и солярки, до угля, Солнца или атомной энергии.

Собственно, всё, что требуется – это нагревать чем-то определённый узел этого мотора – верхнюю часть закрытого цилиндра.

Потому стирлинги нашли ограниченное применение (на некоторых подлодках или как вспомогательные генераторы).

Очевидно, преимущества этих двигателей становятся особо выгодными при стационарном использовании, когда собственный вес двигателя не важен. Например, при выработке энергии из солнечного излучения.

Об этом инженеры думали давно, да и кое-какие установки такого типа уже строились. Но, кажется, никто ещё не осмеливался строить солнечные фермы на двигателях стирлинга, чтобы производить электроэнергию в хоть каких-то промышленных масштабах.

Американская национальная лаборатория Сандия, один из крупнейших научных центров, специализирующийся на энергетике, объявила, что объединила свои усилия с американской компанией Stirling Energy Systems, чтобы построить первые "солнечные фермы", основанные на двигателях стирлинга.

Собственно, солнечные стирлинги были разработаны компанией Stirling Energy Systems, а учёные из лаборатории Сандия помогают их совершенствовать.

Будет испытано шесть солнечных генераторов, которые обеспечат электричеством боле 40 домов.

Пять новых систем смонтируют до января 2005 года в испытательном центре Сандии. Они присоединятся к первому такому опытному образцу, который был создан в этом году, и вместе образуют электростанцию с выходной электрической мощностью 150 киловатт (в дневные часы, конечно).

Солнечный свет концентрируется на двигателях с помощью зеркал, каждое из которых построено из 82 отдельных секций.

"Это  будет наибольшей группой солнечных  установок стирлинга в мире, – утверждает лидер проекта со стороны Сандии Чак Андрака. – В конечном счёте, проект предполагает создание 20 тысяч систем, которые будут размещены на нескольких солнечных фермах, и будут поставлять электричество юго-западным распределительным компаниям".

Как только первая партия установок будет собрана, исследователи из Сандии и Stirling Energy Systems начнут экспериментировать с ними, чтобы определить, как лучше всего они могут быть объединены в сеть, и что можно сделать для повышения надёжности.

К слову, экспериментальные образцы таких двигателей "накатали" в Stirling Energy Systems 25 тысяч часов на солнце.

Каждая установка работает автоматически. Без вмешательства оператора или даже присутствия человека. Она запускается каждое утро на рассвете и работает в течение дня, отслеживая солнце и переходя "ко сну" на закате.

Параметры системы могут быть проверены и изменены через Интернет. Исследователи хотят заставить шесть систем плодотворно сотрудничать с тем же самым уровнем автоматизации.

Сам двигатель – замкнутая система, заполненная водородом, который и циркулирует в ней, нагреваясь и охлаждаясь. Изменение в его давлении двигает поршни, которые вращают вал, связанный с электрогенератором.

Полный КПД, рассчитанный от солнечного света и до электричества в выходных проводах, составляет 30%, что намного выше, чем у обычных солнечных батарей.

Стоимость каждой установки – приблизительно $150 тысяч. При серийном выпуске цена на эти стирлинги может быть снижена более чем втрое, что доведёт стоимость электричества, произведённого таким способом, до уровня классических топливных технологий.

Нужно ли говорить, что в отличие от фотоэлектрических панелей (солнечных батарей) солнечные стирлинги обладают куда большей экологической чистотой (если говорить о загрязнении окружающей среды при производстве узлов и деталей, необходимых для той и другой электростанции; а также – об утилизации после вывода из эксплуатации) и меньшей стоимостью энергии.

Но, видимо, большая сложность самих стирлингов, подход к которым при проектировании и постройке требуется более, так сказать, деликатный, чем в случае с дизелем, отпугивает многих.

Может, и зря. По расчётам авторов проекта, в теории одна ферма солнечных стирлингов, под которую отвели бы территорию всего-то 160х160 километров на юге США, покрыла полностью всю потребность страны в электроэнергии.

Стоимость возведения таких станций высока и, соответственно, даровое электричество, ими вырабатываемое, нельзя назвать дешёвым. Но по мере развития этих технологий и, в частности, расширения самой "солнечной площадки" в Санлукар-ла-Майор, себестоимость киловатта "с неба" будет падать.

К тому же эти установки предотвратят выброс 600 тысяч тонн углекислого газа в год. Что можно назвать приятным бонусом.

Солнечная энергетика сегодня: достижения и перспективы  
 
Отвечая на вопрос заинтересованности ученых и государственных структур в солнечной энергии в наше время, можно с уверенностью сказать, что сейчас мы переживаем бум развития этой отрасли. Инженеры не перестают радовать потребителей новыми достижениями в этой сфере, делая энергию солнца доступнее, безопаснее и проще.  
 
Совсем недавно американские ученые выступили с громким заявлением в ближайшее время заменить арабскую нефть солнечной энергией Калифорнии. Нужно сказать, что тенденция роста цен на ископаемое топливо стимулирует и в некоторой степени оправдывает высокие затраты частных и государственных инвесторов на развитие и внедрение «солнечных» технологий. К примеру, фонды Khosla Ventures и Kleiner, Perkins, Caufield & Byers в этом месяце выделили американской компании Ausra, специализирующейся на изготовлении преобразователей солнечной энергии, 40 миллионов долларов на развитие отрасли.  
 
Не секрет, что в определенной мере заинтересованность общества в этом альтернативном источнике энергии является следствием обеспокоенности людей промышленными и транспортными выбросами парниковых газов – одной из причин глобальных изменений климата. К счастью, регулирующие структуры с каждым годом ужесточают требования по выбросам в атмосферу газов к государствам и отдельным компаниям.  
 
Предприниматели, уже сегодня способные предвидеть успешное будущее солнечной энергетики, готовы вкладывать в отрасль крупные деньги. К примеру, в конце лета стало известно, что группа инвесторов из Саудовской Аравии собирается запустить промышленное производство элементов солнечных батарей в Германии. Объем вкладываемых средств может превысить 450 миллионов евро. Отметим, что на данном этапе развития отрасли Германия является привлекательной площадкой для построения «солнечного» бизнеса, так как здесь, помимо масштабных государственных программ по распространению солнечных технологий среди населения (компенсация затрат на обслуживание фотоэлектрических установок, например), льготы предоставляются и компаниям-разработчикам.  
 
Очевидно, данный проект оправдает себя на все 100%. Поводом для таких утверждений может послужить стратегия изготовления именно тонкопленочных элементов солнечных батарей, в которых используется аморфный кремний. Если сравнивать эти технологии с обычными солнечными фотоэлементами, производимыми с применением чистого кремния, новые разработки потребляют в 200 раз меньше сырья, и поэтому выгодны.  
 
Стратегия и тактика частного бизнеса по "производству солнечной энергии"  
 
В наши дни, особенно в развитых странах, большой популярностью пользуются так называемые приватные или частные солнечные установки. В некоторой мере "семейная добыча" электричества посредством гелиоустановок превратилась в достаточно стабильный и прибыльный бизнес.  
 
Конечно, здесь важно учитывать большое количество специфических факторов (географическое расположение, климат, политика, рыночная ситуация), однако в США и в некоторых европейских странах много фермеров, доселе занимавшихся выращиванием скота, сегодня переоборудовали пастбища в поля для сборки солнечной энергии. Стратегия такого бизнеса проста – предприимчивые люди не только используют солнечное электричество без ущерба для собственного бюджета, но и продают излишки энергии государственным структурам. К примеру, в Германии службы скупают солнечное электричество у фермеров, частных лиц, а потом продают его населению по низкой цене. Более того, стать участником этого специфического рынка может практически каждый – бизнесмены, устанавливающие фотоэлектрические преобразователи на крыши офисов, владельцы земельных участков. При нынешних ценах стандартная солнечная установка окупается за 8 с лишним лет. 
 
Источники информации:  
 
3dnews.ru 
wikipedia.org 
sharp-world.com 
eetimes.com