fregimus. Электростанция им. инж. Гарина

Как сожжем всю нефть и весь газ, где электричество-то брать будем? Правда, из-за парникового эффекта от их сжигания мы можем вымереть, и электричество тогда нам и не понадобится. Ну, а если все-таки выживем?

Первый вопрос, разумеется, сколько же нужно человечеству энергии. По данным экспертной организации по энергетике при правительстве США (EIA), в 2005 г. в мире было произведено 57 ЭДж электроэнергии (1 ЭДж, экзоджоуль — миллиард миллиардов джоулей; один киловатт-час равен 3,6 миллиона джоулей, а 1 ЭДж примерно равен 278 миллиардам кВт-ч.). Общее потребление всех видов энергии рукотворной техникой составило около 490 ЭДж. Эта цифра, конечно, гигантская, но еще не астрономическая: ведь за тот же самый 2005 год общая энергия, поглощенная поверхностью Земли, имея в виду и сушу, и океаны, составила 3850000 ЭДж. Это почти в 10000 раз больше, чем энергия, потребленная человеческой техникой! Биомасса земли перерабатывает 3000 ЭДж в год — эта энергия сначала идет на рост растений, потом продвигается по всем пищевым цепочкам. В эту цифру входят и те калории, что мы съедаем.

Солнце — единственный значительный источник нашей энергии (нефть, газ, уголь — все это запасенная древняя энергия, тоже пришедшая на Землю от Солнца), и этот источник энергии неисчерпаем. Может быть, в будущем люди научатся получать электроэнергию из солнечного тепла и света в промышленных масштабах?

Это будущее уже началось, и довольно давно — в 1984 г. Именно тогда вступила в строй первая солнечная тепловая электростанция около калифорнийского городка Крамер Джанкшен, что находится в пустыне Мохабе. Станция получила невыразительное название Solar Energy Generating System, или сокращенно SEGS, что переводится просто как «солнечная электростанция».

Для работы паровой турбины необходимо нагреть воду до 300°C или выше. Просто выставить радиатор под солнце не получится: предметы не нагреваются под солнцем до такой высокой температуры, тепло рассеивается в воздухе. Солнечный свет нужно сфокусировать на рабочем теле. Если на участок поверхности предмета светит солнце, она нагревается. Если мы теперь возьмем зеркало и направим на эту же поверхность зайчик от зеркала, мы тем самым «соберем» на ней больше солнечного света: ведь, не будь на пути света зеркала, эти лучи прошли бы мимо, не попали на тело, что мы нагреваем. Чем больше зеркал мы используем, и чем больше зайчиков мы направим на нагреваемое тело, тем большую мощность излучения мы на нем соберем. По легенде, Архимед именно так поджег римские корабли при осаде Сиракуз в 212—214 гг. до н. э.: греческие воины якобы направили солнечные зайчики от своих щитов на корабль, и корабль тут же вспыхнул! Студенты из массачусетского Технологического института дважды проверяли эту легенду, и сделали вывод, что это все-таки миф: макет корабля задымился через 10 минут нагрева при идеальных погодных условиях, и не загорелся вовсе. Не исключено, правда, что идея Архимеда все-таки помогла грекам — или помогла бы, поскольку неизвестно, пытались ли они применить ее на самом деле, — даже если корабль и не загорелся, то моряки были наверняка ослеплены и получали ожоги.

Но вернемся к нашим зайчикам. Зеркало специальной параболической формы собирает лучи солнца в одну точку, называемую фокусом. Кривизна зеркала рассчитана так, как будто каждая точка на поверхности зеркала — это отдельное маленькое зеркальце, направляющее свой маленький зайчик точно в точку фокуса. Латинское слово focus означает «очаг» — догадываетесь, почему фокус зеркала называется именно так? А вот мощность оптической части электростанции измеряют в… солнцах! Во сколько раз ярче светит система зеркал на рабочий элемент, чем светило бы на него Солнце без этих зеркал, — столько солнц эта система и собирает.

На станции SEGS зеркала имеют форму продолговатых «корыт» параболического сечения. Корыта — это официальное название этих зеркал! — ориентированы строго с севера на юг. Фокус у такого зеркала не точка, а линия, проходящая вдоль корыта. Поворачивая зеркало относительно этой линии вслед за суточным ходом Солнца, можно держать зайчик в фокусе корыта с утра и до вечера. Оптическая мощность зеркал станции SEGS составляет от 70 до 90 солнц. В фокусе каждого зеркала проходит труба, а по трубе течет жидкость, специальное синтетическое масло. Течет — и нагревается в каждом из них все больше и больше. Так, пройдя десятки зеркал-корыт, масло нагревается до 370—400°C, a затем поступает в радиатор-теплообменник, где превращает воду в горячий пар, который затем подается под давлением в 20 атмосфер на турбину, раскручивающую генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Первая очередь станции заработала в 1984 г., а в 1986 г. началась ее промышленная эксплуатация. Сейчас в Крамер Джанкшен стоят 5 энергоблоков мощностью по 35 мегаватт каждый. Еще два энергоблока по 90 мегаватт находятся в нескольких километрах северо-восточнее, на высохшем озере Айвенпа.

Всего на станции более 12000 зеркальных корыт и более 900 тысяч индивидуальных заменяемых зеркальных панелей. В пустыне часто бывает сильный ветер, и зеркала загрязняются и портятся, так что 3000 панелей приходится заменять ежегодно — в среднем 8 в день.

А вот для мойки зеркал построена специальная моечная машина. Общая площадь «солнечных полей» станции составляет 6,4 км², а общая длина зеркальных «рядов» более 350 км. В пустыне Мохабе в среднем только 25 пасмурных дней в году, и в пасмурную погоду станция переключается на природный газ.

Недавно вошедшая в строй станция такого же типа находится в Неваде, неподалеку от г. Боулдер. Станция генерирует до 75 МВт электрoэнергии. Персонал станции — 28 человек.

Тепловые и гидроэлектростанции работают круглосуточно. А можно ли усовершенствовать солнечную электростанцию так, чтобы она и ночью работала? Казалось бы, глупый вопрос, ведь солнце ночью не светит, сколько ни совершенствуй конструкцию, нагреваться ведь она без Солнца не будет! А оказывается, вопрос вовсе и не глупый, да и ответ на него утвердительный, как ни странно: получать энергию от солнечной электростанции можно круглыми сутками. А вот как именно — об этом я расскажу в продолжении этого очерка.

Вторая, завершающая часть очерка.

Tags: