В пустыне Мохаве есть несколько солнечных электростанций , которые поставляют электроэнергию в электросеть . Инсоляция (солнечная радиация) в пустыне Мохаве является одной из лучших в Соединенных Штатах, и в этом районе расположены некоторые значительные населенные пункты. Эти станции, как правило, могут быть построены за несколько лет, поскольку солнечные станции строятся почти полностью из модульных, легкодоступных материалов. [1] Системы генерации солнечной энергии (SEGS) — это название девяти солнечных электростанций в пустыне Мохаве, которые были построены в 1980-х годах, первая коммерческая солнечная станция. Эти станции имеют общую мощность 354 мегаватт (МВт), что делало их крупнейшей солнечной энергетической установкой в мире, пока в 2014 году не была завершена установка солнечной энергии Ivanpah . [2]
Nevada Solar One — это солнечная тепловая электростанция с генерирующей мощностью 64 МВт, расположенная недалеко от Боулдер-Сити , штат Невада . [3] Copper Mountain Solar Facility — это фотоэлектрическая электростанция мощностью 150 МВт в Боулдер-Сити, штат Невада . Ivanpah Solar Power Facility — это объект мощностью 370 МВт, состоящий из трех отдельных солнечных тепловых электростанций недалеко от межштатного шоссе 15 на границе Невады и Калифорнии в пустыне Мохаве. Также есть планы по строительству других крупных солнечных электростанций в пустыне Мохаве. [4]
Юго -запад США является одним из лучших регионов мира по инсоляции, а пустыня Мохаве получает в два раза больше солнечного света, чем другие регионы страны. Такое изобилие солнечной энергии делает солнечные электростанции более чистой альтернативой традиционным электростанциям, которые сжигают ископаемое топливо, такое как нефть и уголь . [5] Солнечные электростанции являются экологически чистым источником энергии, практически не производят выбросов и не потребляют никакого топлива, кроме солнечного света. Некоторые группы также поощряют более распределенную генерацию или солнечные батареи на крышах. [5]
В 2008 году солнечная электроэнергия не была конкурентоспособной по стоимости с основной мощностью. Однако она обеспечивает электроэнергию, когда и где она наиболее ограничена и наиболее дорога, что является стратегическим вкладом. Солнечная электроэнергия снижает риск волатильности цен на топливо и повышает надежность сети. [6] С тех пор затраты снизились, что сделало солнечную электроэнергию более конкурентоспособной. [7] : стр. 13
Хотя многие из расходов на ископаемое топливо хорошо известны, другие (проблемы со здоровьем, связанные с загрязнением, ухудшение состояния окружающей среды , влияние на национальную безопасность из-за зависимости от иностранных источников энергии) являются косвенными и их трудно рассчитать. Они традиционно являются внешними по отношению к системе ценообразования и поэтому часто называются внешними факторами . Механизм корректирующего ценообразования, такой как налог на выбросы углерода , может привести к тому, что возобновляемая энергия , такая как солнечная тепловая энергия, станет для потребителя дешевле, чем энергия на основе ископаемого топлива. [1]
Солнечные тепловые электростанции обычно можно построить за несколько лет, поскольку солнечные электростанции строятся почти полностью из модульных, легкодоступных материалов. Напротив, многие типы традиционных энергетических проектов, особенно угольные и атомные электростанции, требуют длительного времени выполнения. [1]
Солнечные электростанции используют тысячи отдельных зеркал, отслеживающих солнце (называемых гелиостатами ), для отражения солнечной энергии на центральный приемник, расположенный на вершине высокой башни. [8] Приемник собирает солнечное тепло в теплопередающей жидкости, которая протекает через приемник. Министерство энергетики США совместно с консорциумом коммунальных служб и промышленности построило первые две крупномасштабные демонстрационные солнечные электростанции в пустыне недалеко от Барстоу , Калифорния . [5]
Solar One успешно работала с 1982 по 1988 год, доказав, что солнечные электростанции работают эффективно для производства электроэнергии в масштабах коммунального обслуживания из солнечного света. Установка Solar One использовала воду/пар в качестве теплоносителя в приемнике; это представляло несколько проблем с точки зрения хранения и непрерывной работы турбины. Для решения этих проблем Solar One была модернизирована до Solar Two , которая работала с 1996 по 1999 год. Обе системы имели мощность 10 МВт. [5]
Уникальной особенностью Solar Two было использование расплавленной соли для улавливания и хранения солнечного тепла. Очень горячая соль хранилась и использовалась при необходимости для производства пара для привода турбины/генератора, который вырабатывает электричество. Система работала бесперебойно в условиях прерывистых облаков и продолжала вырабатывать электричество до глубокой ночи. [9] Solar Two была выведена из эксплуатации в 1999 году и была преобразована Калифорнийским университетом в Дэвисе в CACTUS , воздушный черенковский телескоп , в 2001 году, измеряющий гамма-лучи, попадающие в атмосферу .
Системы лотков преобладают среди современных коммерческих солнечных электростанций. Девять отдельных электростанций лотков, называемых системами генерации солнечной энергии (SEGS), были построены в 1980-х годах в пустыне Мохаве недалеко от Барстоу израильской компанией BrightSource Energy (ранее Luz Industries). Общая мощность этих установок составляет 354 МВт . NextEra сообщает, что солнечные установки обеспечивают электроэнергией 232 500 домов (днем, на пиковой мощности) и вытесняют 3800 тонн загрязнений в год, которые бы производились, если бы электричество вырабатывалось за счет ископаемого топлива, такого как нефть. [2] [10]
Системы желобов преобразуют тепло солнца в электричество. Благодаря своей параболической форме коллекторы желобов могут фокусировать солнце с интенсивностью в 30-60 раз больше обычной на приемной трубе, расположенной вдоль фокальной линии желоба. Синтетическое масло циркулирует по трубе и улавливает это тепло, достигая температуры 390 °C (735 °F). Горячее масло перекачивается на электростанцию и направляется через теплообменник для производства пара. Наконец, электричество вырабатывается в обычной паровой турбине. [2] Заводы SEGS работают на природном газе в пасмурные дни или после наступления темноты, и природный газ обеспечивает 25% от общего объема производства. [2] Критики отмечают, что эта зависимость от газовой энергии для «резервного» электричества за 35-летнюю историю заводов привела к выбросам CO2 на 3 миллиона тонн больше , чем если бы электричество вырабатывалось на атомной электростанции. [11] [12] [13] [14] [15]
Desert Sunlight Solar Farm — это фотоэлектрическая электростанция мощностью 550 мегаватт (МВт переменного тока ), расположенная примерно в шести милях к северу от Desert Center, Калифорния , в пустыне Мохаве . Она использует около 8,8 миллионов модулей из теллурида кадмия, изготовленных американским производителем тонкопленочных панелей First Solar . По состоянию на осень 2015 года солнечная ферма имела ту же установленную мощность в 550 МВт, что и солнечная ферма Topaz в регионе Карризо-Плейн в Центральной Калифорнии, что делает их обе вторыми по величине завершенными солнечными электростанциями по установленной мощности . [16] [17]
Nevada Solar One имеет генерирующую мощность 64 МВт и находится в Боулдер-Сити , штат Невада. Она была построена Министерством энергетики США , Национальной лабораторией возобновляемой энергии и Acciona Solar . [3]
Nevada Solar One использует параболические желоба в качестве тепловых солнечных концентраторов , нагревательные трубки с жидкостью, которые действуют как солнечные приемники. Эти солнечные приемники представляют собой специально покрытые трубки из стекла и стали, и около 19 300 из этих четырехметровых трубок используются на станции. Nevada Solar One также использует технологию, которая собирает дополнительное тепло [ требуется ссылка ] , помещая его в изменяющиеся по фазе расплавленные соли , которые позволяют получать энергию ночью. Используя системы хранения тепловой энергии, периоды работы солнечной тепловой энергии могут быть даже продлены для удовлетворения потребностей базовой нагрузки. Солнечные тепловые электростанции, предназначенные только для солнечной генерации, хорошо подходят для пиковых нагрузок в летний полдень [ сомнительно – обсудите ] в благополучных районах со значительными потребностями в охлаждении, таких как юго-запад США. [3] [18]
Стоимость Nevada Solar One составляет 220–250 миллионов долларов. Производимая электроэнергия немного дороже ветровой, но дешевле фотоэлектрической (PV) энергии. [19] Поскольку фотоэлектричество стало дешевле, некоторые предлагаемые проекты CSP были преобразованы в фотоэлектрические проекты. [20]
Copper Mountain Solar Facility — это солнечная фотоэлектрическая электростанция мощностью 552 мегаватт (МВт) в Боулдер-Сити, штат Невада . [21] [22] [23] Sempra Generation начала строительство станции в январе 2010 года, а объект начал вырабатывать электроэнергию 1 декабря 2010 года. На пике строительства более 350 рабочих устанавливали 775 000 панелей First Solar на участке площадью 380 акров. [21] Электроэнергия с Copper Mountain Solar Facility (и прилегающей 10 МВт солнечной электростанции El Dorado ) продается Pacific Gas & Electric по отдельным 20-летним контрактам. Калифорнийские коммунальные службы должны были получать 20 процентов своего энергоснабжения из возобновляемых источников энергии к концу 2010 года, увеличив этот показатель до 33 процентов к 2020 году. [21]
В декабре 2007 года ВВС США объявили о завершении строительства солнечной электростанции Неллис , солнечной фотоэлектрической (PV) системы, на авиабазе Неллис в округе Кларк , штат Невада. Занимая 140 акров (57 га) земли, арендованной у ВВС на западном краю базы, эта наземная фотоэлектрическая система использует передовую систему слежения за солнцем, разработанную и развернутую SunPower . Наклоненные на юг, каждый комплект солнечных панелей вращается вокруг центральной планки, чтобы отслеживать солнце с востока на запад. [24] Система мощностью 14 МВт генерирует более 30 миллионов киловатт-часов электроэнергии каждый год (около 82 тысяч киловатт-часов в день) и поставляет примерно 25 процентов от общей мощности, используемой на базе. Солнечная электростанция Неллис была одной из крупнейших солнечных фотоэлектрических систем в Северной Америке. [25] [26]
Солнечная электростанция Ivanpah мощностью 392 МВт , расположенная в 40 милях (64 км) к юго-западу от Лас-Вегаса, является крупнейшим в мире проектом солнечно-тепловой электростанции, который был полностью введен в эксплуатацию 13 февраля 2014 года. [27] BrightSource Energy получила гарантию займа в размере 1,6 млрд долларов от Министерства энергетики США на строительство проекта, который развертывает 347 000 зеркал гелиостата, фокусирующих солнечную энергию на котлах, расположенных на централизованных башнях солнечных электростанций . В феврале 2012 года Ivanpah был награжден проектом года CSP ( Concentrating Solar Power ) от Solar Power Generation USA. [28]
Mojave Solar Project — это солнечная тепловая электростанция в пустыне Мохаве в Калифорнии , примерно в 20 милях (32 км) к северо-западу от Барстоу . Окружающая деревню Локхарт, Mojave Solar находится рядом с озером Харпер и солнечной электростанцией SEGS VIII–IX . Стоимость концентрирующей солнечной электростанции (CSP) мощностью 250 МВт оценивалась в 1,6 млрд долларов США, она была введена в эксплуатацию в декабре 2014 года. [29] Застройщик, Abengoa , получил гарантию на кредит в размере 1,2 млрд долларов США от Министерства энергетики США для этого проекта. [30] [31]
Номинальная солнечная электрогенерирующая установка мощностью 250 МВт генерирует пар в солнечных парогенераторах, которые будут расширяться посредством паровой турбины для производства электроэнергии из двух независимых солнечных полей, каждое из которых питает остров мощности мощностью 125 МВт. Установка должна вырабатывать 617 000 МВт-ч электроэнергии в год, что достаточно для более чем 88 000 домохозяйств, и предотвратит выбросы более 430 килотонн CO2 в год. [32] Pacific Gas & Electric заключила 25-летнее соглашение о покупке электроэнергии . [33]
Antelope Valley Solar Ranch мощностью 230 МВт — первый проект по производству солнечных фотоэлектрических систем, который теперь принадлежит Exelon [34] в районе Antelope Valley в Западной пустыне Мохаве. [35] В сентябре 2011 года проект получил гарантию займа в размере 646 миллионов долларов от Министерства энергетики США, а его строительство, по оценкам, создаст 350 рабочих мест в строительстве и 20 постоянных рабочих мест. [35] Он отличается инновационным развертыванием инверторов в масштабах коммунального предприятия с технологиями регулирования и мониторинга напряжения, которые «позволят проекту обеспечивать более стабильную и непрерывную мощность». [35] Электроэнергия с проекта Antelope Valley Solar Ranch будет продаваться Pacific Gas & Electric Company по 25-летнему контракту. [36] [37]
Исследование Национальной лаборатории возобновляемой энергии 2013 года пришло к выводу, что средняя крупная фотоэлектрическая установка в Соединенных Штатах занимала 3,1 акра (1,3 га) постоянно нарушенной площади и 3,4 акра (1,4 га) общей площади участка на гигаватт-час в год. Средняя концентрированная солнечная электростанция в США занимала 2,7 акра (1,1 га) нарушенной площади и 3,5 акра (1,4 га) общей площади на ГВт-ч/год, [38] Анализ жизненного цикла землепользования для различных источников электроэнергии 2015 года пришел к выводу, что концентрированная солнечная энергия имела след землепользования 9,0 м 2 /МВт-ч для желоба и 14 м 2 /МВт-ч для башни электростанции. Концентрационный солнечный след был меньше, чем у угольной энергетики (18 м 2 /МВт·ч), но больше, чем у других изученных источников, включая наземную фотоэлектрическую энергию (7,9 м 2 /МВт·ч), природный газ (0,49 м 2 /МВт·ч) и ветровую энергию (0,26 м 2 /МВт·ч) [39] .
Федеральное правительство выделило почти в 2000 раз больше площадей под аренду нефти и газа, чем под разработку солнечной энергии. В 2010 году Бюро по управлению земельными ресурсами одобрило девять крупномасштабных солнечных проектов с общей генерирующей мощностью 3682 мегаватт, что составляет приблизительно 40 000 акров (16 000 га). Напротив, в 2010 году Бюро по управлению земельными ресурсами обработало более 5200 заявлений на аренду газа и нефти и выдало 1308 договоров аренды на общую площадь 3,2 миллиона акров. В настоящее время 38,2 миллиона акров государственных земель на суше и еще 36,9 миллиона акров шельфовой разведки в Мексиканском заливе находятся в аренде для разработки, разведки и добычи нефти и газа. [40] [ ненадежный источник? ]
Часть земель в восточной части пустыни Мохаве будет сохранена, но солнечная энергетика в основном заинтересована в районах западной пустыни, «где солнце светит жарче и есть более легкий доступ к линиям электропередач», сказал Кенн Дж. Арнеке из FPL Energy , и эту точку зрения разделяют многие руководители отрасли. [41]
Концентрационные солнечные электростанции в пустыне Мохаве подняли вопросы водопользования, поскольку концентрирующие солнечные электростанции с мокрыми системами охлаждения имеют высокую интенсивность потребления воды по сравнению с другими типами электростанций; только электростанции на ископаемом топливе с улавливанием и хранением углерода могут иметь более высокую интенсивность потребления воды. [42] Исследование 2013 года, сравнивающее различные источники электроэнергии, показало, что среднее потребление воды во время работы концентрирующих солнечных электростанций с мокрым охлаждением составляло 810 галлонов/МВт·ч для электростанций башенного типа и 890 галлонов/МВт·ч для установок лоткового типа. Это было выше, чем эксплуатационное потребление воды (с градирнями) для ядерной энергетики (720 галлонов/МВт·ч), угля (530 галлонов/МВт·ч) или природного газа (210 галлонов/МВт·ч). [43] Исследование, проведенное в 2011 году Национальной лабораторией возобновляемой энергии, пришло к аналогичным выводам: для электростанций с градирнями потребление воды во время работы составило 865 галлонов/МВт·ч для градирни CSP, 786 галлонов/МВт·ч для башни CSP, 687 галлонов/МВт·ч для угля, 672 галлона/МВт·ч для атомной энергетики и 198 галлонов/МВт·ч для природного газа. [44] Ассоциация солнечной энергетики отметила, что установка CSP с градирней Nevada Solar One потребляет 850 галлонов/МВт·ч. [45]
В 2007 году Конгресс США поручил Министерству энергетики отчитаться о способах сокращения потребления воды CSP. В последующем отчете отмечалось, что доступна технология сухого охлаждения, которая, хотя и более затратна в строительстве и эксплуатации, может сократить потребление воды CSP на 91–95 процентов, сделав их потребление ниже, чем у обычных электростанций. Гибридная система мокрого/сухого охлаждения может сократить потребление воды на 32–58 процентов. [46] В отчете NREL за 2015 год отмечалось, что из 24 действующих электростанций CSP в США 17 использовали системы мокрого охлаждения. Четыре существующих станции CSP с системами сухого охлаждения — это три электростанции на солнечной электростанции Ivanpah недалеко от Барстоу, Калифорния , и проект Genesis Solar Energy в округе Риверсайд, Калифорния . Из 15 проектов CSP, находящихся на стадии строительства или разработки в США по состоянию на март 2015 года, 6 планировали использовать мокрые системы (включая одну мокрую систему с использованием регенерированных сточных вод), 7 планировали использовать сухие системы, 1 гибридный и 1 неопределенный. [42]
Некоторые солнечные электростанции с башнями в пустыне Мохаве подверглись тщательному изучению на предмет смертности птиц. Как правило, эти объекты огорожены, чтобы не допустить проникновения наземных животных. Однако в случае концентрированных солнечных электростанций, таких как Ivanpah Solar Power Facility, исследования пришли к выводу, что значительное количество птиц и летучих мышей получают травмы или погибают либо из-за столкновения с зеркалами гелиостата, либо из-за возгорания в солнечном потоке , создаваемом зеркальным полем. [47] [48] Кроме того, дорожные кукушки оказываются в ловушке за пределами установленных периметральных ограждений, где они становятся легкой добычей койотов , которые убили и съели десятки из них с момента постройки объектов. [49]
Экологически чувствительная среда обитания в окрестностях Борона и Мохаве может испытывать негативное воздействие от фотоэлектрических солнечных и аккумуляторных установок компании Avantus. Проект по сохранению Onyx выделит 215 000 акров (87 000 га) смежного пространства для свободного пространства и корма для пустынной черепахи , суслика Мохаве и калифорнийского кондора . Проект также защитит более 80 000 акров (32 000 га) западной среды обитания Джошуа-Три . Avantus купила федеральные права на выпас скота , расположенные к западу от шоссе 14 между каньоном Ред-Рок и шоссе 178. Затем Avantus подала заявку на разрешение на постоянную отмену прав на выпас скота на этой территории. [50]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )