Севилья солнечная электростанция. Солнечная станция в Испании: небесный цветок круглосуточной генерации

Фантастическая картина, неправда ли? Перед Вами - солнечная электростанция так называемого башенного типа с центральным приемником. В этих электростанциях для преобразования в электроэнергию солнечного света используется вращающееся поле отражателей-гелиостатов. Они фокусируют солнечный свет на центральный приемник, сооруженный на верху башни, который поглощает тепловую энергию и приводит в действие турбогенератор. Каждое зеркало управляется центральным компьютером, который ориентирует его поворот и наклон таким образом, чтобы отраженные солнечные лучи были всегда были направлены на приемник. Циркулирующая в приемнике жидкость переносит тепло к тепловому аккумулятору в виде пара. Пар вращает турбину генератора, вырабатывающего электроэнергию, либо непосредственно используется в промышленных процессах. Температуры на приемнике достигают от 538 до 1482 C.

Первая башенная электростанция под названием “Solar One” близ Барстоу (Южная Калифорния) была построена еще в 1980 году и с успехом продемонстрировала применение этой технологии для производства электроэнергии. На этой станции используется водно-паровая система мощностью 10 МВт.

Самую большую солнечную электростанцию в виде башни запустила компания Abengoa Solar. Ее мощность составляет 20 МВт. Солнечная башня PS20 расположена недалеко от Севильи, в Испании, и построена она рядом с ранее действовавшей башней PS10 меньшей мощности.

Солнечная электростанция PS20 концентрирует на башне высотой 161 метр лучи, отраженные от 1255 гелиостатов. Каждое зеркало гелиостата площадью 120 м 2 направляет солнечные лучи на солнечный коллектор, расположенный наверху 165-метровой башни. Коллектор превращает воду в пар, который приводит в движение турбину. Построена станция в 2007г. К 2013 году Испания планирует получать от солнечных установок разнообразной конструкции, включая башни, около 300 МВт электроэнергии.

Недостатком любой солнечной станции является падение ее выдаваемой мощности в случае появления облаков на небе, и полное прекращение работы в ночное время. Для решения этой проблемы предложено использования в качестве теплоносителя не воды, а солей с большей теплоемкостью. Расплавленная солнцем соль концентрируется в хранилище, построенного в виде большого термоса, и может использоваться для превращения воды в пар еще продолжительное время после того, как солнце скроется за горизонтом.

В 1990-х годах “Solar One” была модернезирована для работы на расплавленных солях и теплоаккумулирующей системы. Благодаря аккумулированию тепла башенные электростанции стали уникальной гелиотехнологией, позволяющей диспетчеризацию электроэнергии при коэффициенте нагрузки до 65%. При такой конструкции расплавленная соль закачивается из “холодного” бака при температуре 288 C и проходит через приемник, где нагревается до 565 C, а затем возвращается в “горячий” бак. Теперь горячую соль по мере надобности можно использовать для выработки электричества. В современных моделях таких установок тепло хранится на протяжении 3 - 13 часов.

Розовым цветом показано хранилище горячей соли, синим - холодной. Красным - отмечен парогенератор, соединённый с турбиной и конденсатором пара (иллюстрация взята с сайта solarpaces.org).

Строительство такой станции обходится в сумму порядка 5 миллионов евро.

Любопытно, что солнечная башня может использоваться не только для непосредственного преобразования тепла в электроэнергию с помощью турбин. Израильский Weizmann Institute of Science в 2005 году отработал технологический процесс получения цинка из оксида цинка в солнечной башне. (Оксид цинка образуется при отработке срока эксплуатации большинства батарей - см. статью ). Оксид цинка в присутствии древесного угля нагревается в башне солнечными лучами до температуры 1200 °С. В результате процесса получается чистый цинк. Далее цинк можно использовать для изготовления батарей. Другой вариант его использования - поместить цинк в воду и в результате химической реакции получить водород и оксид цинка. Оксид цинка снова отправляется в солнечную башню, а водород может использоваться для работы водородных двигателей в качестве экологически чистого топлива. Эта технология прошла испытания в солнечной башне канадского Institute for the Energies and Applied Research.

Швейцарская компания Clean Hydrogen Producers (CHP) разработала технологию непосредственного производства водорода из воды при помощи параболических солнечных концентраторов. Оказывается, вода начинает разделяться на водород и кислород при температуре более 1700 °С, что без проблем достигается в гелиоустановках.

Таким образом, человечество постепенно осваивает самый большой источник энергии, находящийся под боком - Солнце.

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.

Солнечная электростанция Gemasolar расположена недалеко от Севильи, в Санлукар-ла-Майор, Испания. Она состоит из двух подстанций - PS-10 (Planta Solar 10) и PS-20 (Planta Solar 20). Открытие первой подстанции PS-10 состоялось в конце 2011 года. На церемонии открытия присутствовали король Испании Хуан Карлос I, а также представители властей Объединенных Арабских Эмиратов.

Проект стоимостью 240 млн. евро является совместной работой Испании и ОАЭ. PS-10 представляет собой 115-метровую башню, окруженную 624 зеркалами и соляного накопителя, что позволяет вырабатывать энергию 24 часа в сутки. Зеркала-гелиостаты, вращаются так, чтобы направлять солнечные лучи постоянно в одном направлении – на башню-накопитель энергии. Эти зеркала, каждое площадью 120 м2, расположены по кругу вокруг центральной башни, которая аккумулирует энергию от солнечных лучей на самом верху. Мощность станции составляет 110 гигаватт-часов, этого достаточно для снабжения энергией 27.500 жилых домов. В башне, на уровне 35 этажа, установлены солнечный коллектор, парогенератор и турбина. Тепло нагревает воду в трубах центральной башни, превращая её в пар. Особенность комплекса состоит в использование накопителя большой емкости, где находится соль, расплавленная солнечными лучами до температуры до 565 градусов Цельсия. Накопленная за день энергия используется для производства электричества и в ночное время, что позволяет функционировать комплексу круглые сутки. Пока стоимость электроэнергии, вырабатываемой на этой станции, в три раза выше энергии из традиционных источников, но по мере совершенствования технологии, цены могут упасть, как это уже произошло с ветроэнергетикой. Свет вокруг башни настолько ярок, что в нем сверкают водяные пары и пыль, взвешенные в воздухе. Находиться вблизи башни без солнечных очков невозможно. Рядом располагается башня PS-20, которая введена в эксплуатацию в конце 2013 года, она 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. В 2013 году мощность солнечных электростанций PS-10 и PS-20 достигла 300 МВт.

Завораживающее и загадочное сооружение возвышается с недавних пор над полями в районе Санлукар-ла-Майор (Sanlucar la Mayor), недалеко от центра Севильи. Современная водонапорная башня, научная установка, зернохранилище? Но откуда здесь многочисленные яркие световые стрелы, словно прорезающие воздух? Они видны за многие километры.

PS10 — первая в Европе коммерческая термальная солнечная электростанция довольно редкого типа — «солнечная башня» (solar power tower) официально вступила в строй 30 марта нынешнего года. Мощность станции, возведённой в Андалусии, составляет 11 мегаватт.

Принцип её работы прост: поле из множества гелиостатов — зеркал, отслеживающих движение Солнца, собирает свет и направляет его на вершину высокой башни, где яркий солнечный зайчик превращает воду в пар. Пар бежит по трубам и, в конечном счёте, крутит турбины, соединённые с электрическими генераторами.

PS10. Свет от сотен больших зеркал столь ярок, что заставляет светиться пыль и влагу в воздухе, благодаря чему и видны лучи, атакующие красивую белую башню. Кстати, те зеркала, что видны на переднем плане - не работают на башню. Это просто стоящие рядом фотоэлектрические панели с концентраторами. Зеркала же, направленные на солнечную башню, с этого ракурса не видны (фото Solúcar).

По такой схеме не раз создавались установки во многих странах, но электростанция, управляемая компанией Solúcar Energía , филиалом промышленного гиганта Abengoa , пожалуй, самая внушительная из всех.

Её 624 зеркала, площадью по 120 квадратных метров каждое, направляют свет на красивую бетонную башню, высотой 115 метров. Башню эту можно назвать произведением искусства – огромный фигурный вырез в ней придаёт сооружению визуальную лёгкость.

Солнечная башня во время строительства. Возвышающееся над сельской местностью сооружение издалека выглядит внушительно. Вблизи тоже (фотографии Solúcar).

Не меньшее впечатление производит и свет вокруг.

«Когда я вышел из автомобиля, я едва мог открыть глаза — сцена была слишком ярка. Постепенно, вооружившись тёмными очками, я разглядел ряды зеркал и центр, в который сходились их лучи – набор труб наверху башни» – так передаёт свои впечатления от встречи с PS10 Дэвид Шукман (David Shukman), корреспондент BBC, побывавший недавно на этой станции и даже отважившийся забраться наверх башни во время её работы.

Сначала он ехал на лифте. Но последние четыре этажа пришлось идти пешком. Ступеньки, ведущие на крышу, Дэвиду показались обжигающими. Вообще он сравнил верхние этажи башни с сауной, несмотря на наличие мощной теплоизоляции парогенератора.

И такой нагрев верхушки башни даром не пропадает. Новая испанская электростанция может генерировать до 24,3 гигаватт-часов в год.

Дэвид Шукман на крыше, возможно, самой высокой «сауны» в мире (фотографии BBC).

С новой станцией Испания вырвалась вперёд в данной технологии утилизации солнечного света, но сама идея таких башен далеко не нова.

Из крупных сооружений такого типа можно вспомнить проект Solar One — Solar Two . Эта демонстрационная солнечная электростанция работала и развивалась с 1981 по 1999 годы в пустыне Мохаве (Калифорния). В последней версии (Solar Two) солнечную башню этой станции окружали 1926 гелиостатов, общей площадью почти 83 тысячи квадратных метров. Её мощность превышала 10 мегаватт.

Интересно, что солнечный свет грел не воду, а промежуточный теплоноситель — расплавленную соль. Это была смесь нитрата натрия и нитрата калия. От неё уже закипала вода, дающая пар для турбин (в первом варианте станции — Solar One – теплоносителем являлось масло).

Этот приём позволил Solar Two накапливать тепло про запас. В облачную погоду или вечером турбины работали на энергии, сохранённой в больших цистернах с горячей солью.

Солнечная электростанция Solar Two (фотографии с сайтов en.wikipedia.org и parsnip.evansville.edu).

Та башня и поле зеркал никуда не делись и сейчас. Только в 1999 году учёные переделали Solar Two в гигантский детектор черенковского излучения, для изучения воздействия на атмосферу космических лучей.

Опыт американцев, однако, не пропал: при их помощи и по аналогичному проекту в Испании должны возвести станцию Solar Tres на 15 мегаватт.

Проект предусматривает постройку высокой солнечной башни, окружённой 2493 зеркалами по 96 квадратных метров каждое (смотрите также эту страничку проекта). Общая площадь зеркал составит 240 тысяч квадратных метров.

Вместительное хранилище расплавленной соли (нагретой до температуры 565 градусов по Цельсию) сможет обеспечивать работу парогенераторов в течение 16 часов после захода Солнца. Так что летом генераторы станции не будут останавливаться ни днём, ни ночью.

Внешне Solar Tres будет похожа на Solar Two. А пока можно посмотреть только на схему станции. Розовым показано хранилище горячей соли, синим - холодной. Красным - парогенератор, соединённый с турбиной и конденсатором (иллюстрация с сайта solarpaces.org).

Еврокомиссия выделила на это чудо 5 миллионов евро. Создаёт станцию международная организация SolarPACES , участвовавшая и в создании PS10. При этом в проектировании и постройке Solar Tres задействованы компании из Испании, Франции, Чехии и США.

Интересно, что и в PS10 предусмотрено аккумулирование энергии. Только непосредственно в виде горячего водяного пара, сохраняемого в наборе из больших цистерн. Его запаса хватает на один час работы турбин без Солнца, так что ночной перерыв эта система не перекрывает, но всё же даёт станции некоторую гибкость на случай временно набежавших тучек.

Надо заметить, что PS10 – не единственная солнечная электростанция в Испании. Здесь работают ещё несколько крупных солнечных сооружений самых различных типов. Но проект PS10 представляет собой особый интерес: в том же месте инженеры планируют возвести ещё одну установку–близнец под называнием PS20. Только она уже будет генерировать мощность в 20 мегаватт, собирая свет от большего количества зеркал.