Солнечная электростанция , также известная как электростанция «центральная башня» или электростанция « гелиостат », представляет собой тип солнечной печи, использующей башню для получения сфокусированного солнечного света. Он использует ряд плоских подвижных зеркал (называемых гелиостатами) для фокусировки солнечных лучей на коллекторной башне (мишени). Системы концентрации солнечной энергии (CSP) рассматриваются как одно из жизнеспособных решений для получения возобновляемой, экологически чистой энергии. [1]
Ранние конструкции использовали эти сфокусированные лучи для нагрева воды и использования полученного пара для питания турбины . Были продемонстрированы новые конструкции, использующие жидкий натрий , а также системы, использующие расплавленные соли (40% нитрата калия , 60% нитрата натрия ) в качестве рабочих тел . Эти рабочие жидкости обладают высокой теплоемкостью , которую можно использовать для хранения энергии перед ее использованием для кипячения воды для привода турбин. Сохранение тепловой энергии для последующего восстановления позволяет генерировать электроэнергию непрерывно, пока светит солнце, и в течение нескольких часов после его захода (или наступления облаков).
В 2021 году Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США (NREL) оценила стоимость электроэнергии от концентрированной солнечной энергии с 10-часовым хранением в 0,076 доллара за кВтч в 2021 году, 0,056 доллара за кВтч в 2030 году и 0,052 доллара за кВтч в 2050 году. [2] В 2007 году , такие компании, как ESolar (тогда поддерживаемая Google.org ), разрабатывали дешевые, не требующие особого обслуживания, массово производимые компоненты гелиостата, которые должны были снизить затраты в ближайшем будущем. [3] В конструкции ESolar использовалось большое количество маленьких зеркал (1,14 м 2 ), чтобы снизить затраты на установку систем крепления, таких как бетон, сталь, бурение и краны. В октябре 2017 года в статье GreenTech Media говорилось, что eSolar прекратила свою деятельность в конце 2016 года. [4]
Усовершенствования систем рабочих жидкостей, такие как переход от нынешних конструкций с двумя резервуарами (горячий/холодный) к термоклинным системам с одним резервуаром с кварцитовыми термическими наполнителями и кислородными подушками, повысят эффективность использования материалов и еще больше снизят затраты.
Обычно установки занимают от 150 га (1 500 000 м 2 ) до 320 га (3 200 000 м 2 ).
В 2023 году национальное научное агентство Австралии CSIRO протестировало систему CSP, в которой крошечные керамические частицы падают сквозь луч концентрированной солнечной энергии, причем керамические частицы способны хранить большее количество тепла, чем расплавленная соль, при этом не требуя контейнера, который уменьшал бы тепло. передача. [6]
Есть свидетельства того, что такие концентрирующие солнечные установки большой площади могут сжечь птиц, пролетающих над ними. Вблизи центра массива температура может достигать 550 °C, что, учитывая сам солнечный поток, достаточно, чтобы сжечь птиц. Перья более отдаленных птиц могут быть обожжены, что может привести к их гибели. Иванпа сообщил, что каждые две минуты обжигается одна птица. Работники солнечной электростанции Иванпа называют этих птиц «стримерами», поскольку они воспламеняются в воздухе и падают на землю, оставляя за собой дым. Во время тестирования начального положения ожидания гелиостатов 115 птиц погибли при попадании в концентрированный солнечный поток. За первые 6 месяцев работы погибла 321 птица. После изменения процедуры ожидания, позволяющей фокусировать не более четырех гелиостатов в одной точке, новых случаев гибели птиц не наблюдалось. [7]
Солнечная электростанция Иванпа классифицируется штатом Калифорния как источник выбросов парниковых газов, поскольку ей приходится сжигать ископаемое топливо в течение нескольких часов каждое утро, чтобы быстро достичь рабочей температуры. [8]
Несколько компаний участвовали в планировании, проектировании и строительстве электростанций коммунального назначения. Существует множество примеров тематических исследований применения инновационных решений в области солнечной энергетики. Применение башни с направленным вниз лучом (разновидность центральных приемных установок с кассегреновской оптикой [9] ) [ необходимы пояснения ] также возможно с гелиостатами для нагрева рабочего тела. [10]
Pit Power Tower [11] [12] объединяет солнечную энергетическую башню и аэроэлектрическую энергетическую башню [13] в выведенном из эксплуатации открытом карьере. Традиционные солнечные энергетические башни ограничены в размерах высотой башни и более близкими гелиостатами, блокирующими линию прямой видимости внешних гелиостатов на приемник. Использование «стадионных сидений» в карьере помогает преодолеть ограничения, связанные с блокировкой.
Поскольку солнечные электростанции обычно используют пар для привода турбин, а в регионах с высоким уровнем солнечной энергии воды обычно не хватает, еще одним преимуществом открытых карьеров является то, что они, как правило, собирают воду, будучи вырытыми ниже уровня грунтовых вод. Pit Power Tower использует низкотемпературный пар для привода пневматических трубок в системе когенерации. Третьим преимуществом перепрофилирования карьера для такого рода проекта является возможность повторного использования инфраструктуры шахты, такой как дороги, здания и электричество.
