Электростанция им. инж. Гарина №2

[fregimus]

В предыдущий раз я писал о промышленных солнечных электростанциях, работающих уже давно. Речь сегодня пойдет о новой технологии солнечных станций: на сегодняшний день есть только одна работающая на таком принципе электростанция. Несколько строятся или планируются, и через несколько лет их будут десятки.

Хорошо заметно, в чем состоит неэффективность тепловой станции с зеркальными «корытами». Чтобы нагреть носитель до нужной температуры, требуются десятки и даже сотни километров трубы, а ведь эта труба не только нагревается солнцем: на всем своем протяжении она отдает тепло воздуху! Как же с этим бороться? Ответ совершенно очевиден: надо уменьшить размер нагреваемого солнцем теплообменника. А чтобы он все равно успел нагреться, нужно сделать так, чтобы все зеркала фокусировали свои солнечные зайчики на этом небольшом элементе.

Проще сказать, чем сделать: для управления зеркалами уже требуется компьютер.

Поэтому солнечные «башни», как их называют, появились позже «корытных» электростанций. На фотографиях — экспериментальная электростанция «Солнечный-2» (вид со спутника), построенная американским департаментом энергетики и национальной Ливерморской лабораторией в той же самой солнечной пустыне Мохабе. Проект продолжался с 1981 по 1999 год (он начинался как «Солнечный-1»).

Целью проекта было исследование технологии управления зеркалами — они называются гелиостатами — в условиях любой погоды, механических технологий для ветроустойчивых гелиостатов, испытания различных теплоносителей и многое другое, что требуется, чтобы довести технологию для уровня, достаточного для полноценного ее промышленного применения.

Электростанция вырабатывала 10 МВт электроэнергии, а оптическая мощность зеркальной системы ее составляла 600 солнц. Всего на станции было 1818 малых гелиостатов по 40 м² каждый, и 108 больших, по 95 м². Зеркала индивидуально наводились компьютером на центральную башню. Система эта очень гибкая: можно менять интенсивность нагрева ежеминутно, просто сдвигая «зайчик» в сторону от теплообменника. Когда станция работала, то часть зеркал находилась в режиме полной готовности, чтобы небольшим сдвигом зеркала навести зайчик на башню теплообменника. Лучи от этих зеркал «на подхвате» проходили через одну точку пространства, так что в ней светился яркий «НЛО», похожий на соединившихся макушками двух огромных медуз, хорошо видимый с шоссе, проходящего неподалеку. Вернее даже два, потому что этих фокальных точек было две, симметрично с двух сторон башни.

Сейчас проект уже завершен, и башней пользуется университет г. Дэвиса для наблюдения за излучением Черенкова, происходящим от каскадов элементарных частиц в верхних слоях атмосферы, вызванных, в свою очередь, гамма-излучением Солнца.

Когда наступает вечер, зеркала разворачиваются зеркальной поверхностью вниз, параллельно земле. В таком положении они меньше подвержены повреждениям от ветра, что несет абразивную, губительную для зеркал песчаную пыль, и которого в пустыне не сдерживают ни леса, ни горы. А электростанция… продолжает вырабатывать электричество, как ни в чем ни бывало! Как это возможно?

Теплоносителем «Солнечного-2» является смесь из расплава неорганических солей. При нормальной температуре эти соли твердые, но плавятся уже при 250°C. За счет высокой теплоты фазового перехода, соль остается жидкой и теплой несколько суток, даже если ее не подогревать.

Как известно, теплота фазового перехода у многих веществ велика. Например, испарение воды из кипящего чайника — тоже фазовый переход. Когда вы включаете чайник, вода нагревается. Один литр (точнее, 1 кг) воды требует 4,2 кДж энергии, чтобы нагреться на 1°C. Таким образом, чтобы нагреть чайник от 20°C до 100°C, требуется 80×4,2=336 кДж. Но как только чайник закипает, температура больше не растет: все тепло уходит на испарение воды. Чтобы превратить в пар то же самое количество воды, потребно уже 2270 кДж — почти в 7 раз больше. Если испарить всю воду, то эта энергия будет запасена в паре. Точно так же и в расплаве соли запасена очень большая энергия. Небольшое количество соли конденсируется, и отдает при этом тепло, поддерживая остальную часть соли расплавленной. «Солнечный-2» мог работать на полной мощности двое суток вообще без солнца — на запасенной в расплавленной соли теплоте. Нагретая соль превращала воду в пар для турбины в особом теплообменнике, и, когда светило солнце, паровые турбины работали на высокотемпературном цикле, а без солнца переключались на менее эффективный низкотемпературный, расходуя тепло, запасенное в подземном баке расплавленной соли. На утро солнечный теплообменник опять разогревал соль, а жидкая горячая соль несла тепло в бак и расплавляла сконденсировавшийся за ночь осадок твердой соли.

Сегодня проект завершен. Американские производители электричества не заинтересовались тогда коммерческими результатами проекта — дешевле было жечь уголь, чем строить солнечные станции.

Однако, ими заинтересовалась Испания, и знаменитый Королевский Указ №436 выделил огромные денежные суммы на освоение солнечной электроэнергии. Сейчас Испания — один из крупнейших мировых производителей и экспортеров солнечной электроэнергии. Знания, полученные в проекте «Солнечного-2», легли в основу конструкции первой в мире промышленной солнечной «башни». Эту станцию разрабатывала команда инженеров и ученых проекта «Солнечный-2», и она даже получила рабочее название Solar Tres, «Солнечный-3» по-испански.

Станция, построенная в солнечной южной Андалузии, в 15 км от Севильи, вошла в промышленную эксплуатацию в мае 2007 г. под названием PS10. Станция состоит из 115-метровой башни, окруженной 624 гелиостатами, каждый площадью 120 м², и генерирует 11 МВт электроэнергии. Это малая цифра, но в планах сейчас строительство новых башен, и Андалузский комплекс солнечных башен будет выдавать 300 МВт к 2013 г.

Башня построена архитектурной компанией ALTAC таким образом, чтобы не создавать ощущения гигантской конструкции, несмотря на свою огромную высоту. На высоте 30 м находится смотровая площадка для посетителей. Форма башни с окном посередине вызывает чудесной красоты иллюзию, как будто бы все поле электростанции подвешено к башне, словно вантовый мост, на канатах из солнечного света.

По мере того, как дорожают традиционные энергоносители, все больше и больше крупных энергопроизводителей обращают внимание на солнечную энергетику. В калифорнийской комиссии по землепользованию уже находится заявка, поданная в конце 2007 года, на разрешение строительства в пустыне Мохабе комплекса солнечных башен суммарной мощностью в 400 МВт. Это огромная мощность, примерно равная мощности крупной угольной станции. В комплекс войдут 6 башен по 33 МВт каждая, и 4 башни по 50 МВт. На рисунке, приложенном к заявке, нарисован вид будущей электростанции с воздуха.

Речь шла только о больших промышленных станциях, хотя выпускаются серийно и станции маленькие, например, компанией «Стирлинг». Интересны они тем, что в них используется генератор, приводимый в движение тепловой машиной Стирлинга. Такие автономные станции оборудуются дополнительной газовой горелкой, которая позволяет вырабатывать электричество ночью или в пасмурную погоду.

В штате Джорджия работает промышленная электростанция из 300 таких «Санкетчеров».

Если у человеческой цивилизации есть будущее, то энергетика этого будущего несомненно связана с Солнцем, как связана с ним вся жизнь на Земле. Это, пожалуй, самая чистая для земной экологии энергия, какую только можно получить.

Для желающих порвать солнечную энергетику на подложки для экрана выкладываю несколько фотографий в высоком разрешении в этой галерее.

Comments

[fregimus.livejournal.com]

Проблема отходов атомных станций, на мой взгляд, совершенно дутая. Отходы нужно просто складировать туда же, откуда руду радиоактивную добывали. Радиоактивность при этом только уменьшается в сравнении с "довмешательным" периодом - ибо это же реакции распада.
Не знаю деталей, но, как я понимаю, радиоактивность отходов значительно выше, чем активность необогащенной руды. То, что образуется в реакторе, не годится в качестве ядерного топлива, но светит куда как сильнее, чем исходный материал. Там периоды полураспада от месяцев до сотен тысяч лет, значительно более короткие, чем исходного урана.

Я не говорю, что атомных станций не надо строить — я считаю, что надо, без этого никуда не денешься. Но проблему отходов тоже решать надо, не оставлять потомкам.

Плохо, что атомная энергетика фактически загублена во всем мире. Нового поколения инженеров не выросло, а старого уже нет. Здесь прервалась технологическая связь времен. Это восстановимо все, конечно, но будет не просто.

Читали про pebble bed reactor? Хорошая технология, 20 лет назад ее придумали, а потом в Европе под давлением зеленых загубили. Китай их сейчас строит, и MIT ими занимается, хоть это радует. Куда менее потенциально опасный реактор, к тому же, маленький.

Термоядерные — это да, выход из всех затруднений, еще бы. Только вот нет их, а это сильно уменьшает практическую ценность… :-)

[sergeyr.livejournal.com]

Да, сама по себе эта отходная масса светит сильнее, но часть её быстро светить перестанет, а оставшейся части будет просто мало. Уровень радиоактивности в этих шахтах достаточно высок. Более того, в некоторых местах (в Африке) довольно недавно (по экологическим меркам) уровень излучения был _очень_ высок - там были практически естественные урановые котлы. Как минимум один, кажется, даже открытый.
Так что если это всё туда зацементировать - хуже от того никому не станет, а станет только лучше.

Да, загубили совершенно зря.

Термоядерные уже, считай, есть. Просто они пока не нужны, вот и тестят их черепашьим темпом.

[ex-clyde404.livejournal.com]

У урана период полураспада - 10^9 лет. Есть осколки, допустим, с периодом полураспада в 10^3 лет. Фонят они в миллион раз сильнее, соответственно.

[sergeyr.livejournal.com]

Так это ещё надо смотреть сколько тех осколков получилось из какой массы руды.

[ex-clyde404.livejournal.com]

порядка 10^-3.

[sergeyr.livejournal.com]

Ну вот уже и понятно. Утрамбовать, забетонировать, зафутболить в шахту, сверху ещё забетонировать - и спать спокойно.

[ex-clyde404.livejournal.com]

Угу, а потом мы будем удивляться - а чего уровень радиоактивности местности повысился?

[sergeyr.livejournal.com]

Ну, если на этом месте вулкан проснётся, то да. Но в этом случае он и так поднимется, и на практически ту же величину. Потому что выкинет огромные массы руды.

[fregimus.livejournal.com]

часть её быстро светить перестанет
Десятки тысяч лет. Кому что «быстро». За это время новой бяки произведется во сколько раз больше, если делать ее было 10 лет?

Так что если это всё туда зацементировать - хуже от того никому не станет, а станет только лучше.
Нет, не согласен. Получается у Вас, что от нашей замечательной грязи будет только чище. Нет, проблема отходов есть, и сделать вид, что ее нет, не получится.

[sergeyr.livejournal.com]

> Десятки тысяч лет.

Я тут про "от месяцев".

> Получается у Вас, что от нашей замечательной грязи будет только чище.

Так а что делать, если так оно, похоже, и есть? Грязь - это же не абстрактная незбежная категория, тут надо на конкретику смотреть: что меняется, где, в какую сторону, насколько...
А то эдак можно добеспокоиться до идеи "убить всех людей", чтобы не гадили.

[fregimus.livejournal.com]

Я тут про "от месяцев".
А после месяцев, оставшиеся 99999 лет и несколько месяцев? Понимаете, это очень долго.

Грязь - это же не абстрактная незбежная категория, тут надо на конкретику смотреть: что меняется, где, в какую сторону, насколько...
Я с трудом Вас понимаю. Причем тут философия? Речь идет о сотнях тысяч тонн радиоактивной бяки в год. Провести около нее день — смертельно, и будет смертельно в течение десятков тысяч лет. Уверяю Вас — от нее нет никакой пользы.

[sergeyr.livejournal.com]

> А после месяцев, оставшиеся 99999 лет и несколько месяцев? Понимаете, это очень долго.

Если период распада - "неск. месяцев", как Вы сказали, то радиоактивность падает на много порядков за тот срок, за который можно ожидать сколько-нибудь значимую вероятность разрушения бетонной чушки, в кою эту дрянь закатают.

> Речь идет о сотнях тысяч тонн радиоактивной бяки в год. Провести около нее день — смертельно,

_Где_ эта бяка будет?
Ну вот мысленно переместитесь в сами эти месторождения.
Провести там одну минуту - смертельно. Потому что раздавит толщей земли.
Переместитесь мысленно на 50 км вверх - там не радиоактивно, но через минуту помрёте от разрыва тканей внутренним давлением.
Понимаете?
Вселенная - это не уютный домик, в котором сорить можно только в мусорное ведро. Вселенная - место холодное и безразличное к людям. Нет тут никакого прописанного на небесах морального закона к тому, чтобы тут "не сорить". Тут, ёлки-палки, каждая звезда и каждый вулкан "сорят" так, как мы ещё нескоро научимся.
Нельзя, по человеческим меркам, другого делать - нельзя _значительно_ увеличивать риски для других людей, нельзя уничтожать ценное для других людей. И смотреть надо не на радиоактивность саму по себе, а на то, насколько велик риск, что она кого-то поразит. А кого она поразит в шахте, да в бетонной чушке? Да нет там никого, кроме случайных микробов.

[fregimus.livejournal.com]

Если период распада - "неск. месяцев", как Вы сказали
Совершенно не понимаю, зачем Вам нужно перевирать мои слова. Я бы еще понял, если бы Вы это в разговоре с кем-то другим делали, но ведь Вы же мне самому и рассказываете, что я якобы сказал. Вы, наверное, и сами прекрасно понимаете, что Вы не убедите меня, используя такой странный аргумент. Если я выразился непонятно, пожалуйста, я повторю: периоды полураспада «от нескольких месяцев до десятков тысяч лет» вовсе не означают, что через несколько месяцев все радиоактивное в этих отходах распадется, и они станут безопасными. Я совершенно явно и открытым текстом говорю: отходы остаются опасными не менее сотни тысяч лет, несмотря на то, что более короткоживущие изотопы к тому времени распадутся. Отходы от этого делаются менее опасными, но отнюдь не безопасными.

Провести там одну минуту - смертельно. Потому что раздавит толщей земли.
Честно говоря, мне должно было бы польстить, что, полагая меня идиотом, Вы все-таки продолжаете со мной разговаривать.

Нельзя, по человеческим меркам, другого делать - нельзя _значительно_ увеличивать риски для других людей, нельзя уничтожать ценное для других людей. И смотреть надо не на радиоактивность саму по себе, а на то, насколько велик риск, что она кого-то поразит.
Разумеется, с этим-то я совершенно согласен. Тут дело в том, что отправляем мы на захоронение отходы действительно на десятки тысяч лет. Еще ничего созданного человеком не пережило такой интервал времени. В Неваде, например, будут строить подземное захоронение. Не очень далеко, в Йеллоустоуне, находится супервулкан, живой, здоровый и дышащий. Предполагают большую вероятность извержения в ближайшие 10000 лет. Этот срок мал, чтобы захороненные стеклянные чушки стали безопасными. Что произойдет с этим захоронением при извержении, предсказать нельзя.

Я понимаю прекрасно, что расчеты для идеального случая очень хороши, все захороненное останется захороненным, и все будет пучком. За 10000 лет цивилизация может утерять все знания, заново их приобрести. Шахты запросто могут быть раскопаны людьми, не подозревающими о существовании радиоактивности вообще (см. http://en.wikipedia.org/wiki/Goi%C3%A2nia_accident. В этом случае малообразованная женщина, которая тоже, к сожалению, погибла, предположила, что светящаяся соль и вызывала болезни тех, кто ею разукрашивался. Были проведены анализы, и опасность была установлена — потому что наша цивилизация знакома с радиоактивностью. Представьте, что бы произошло, если бы вместо этого источник был бы сожжен на священном огне под шаманский бубен).

Любое предсказание будущего на такой срок лишено смысла. Можно предположить, что человечество заменит себя кибернетическими существами, не чувствительными к радиации. Но я бы не стал исходя из этого говорить, например, что радиационное загрязнение для будущего человечества безопасно. Поэтому, хотя и

Нет тут никакого прописанного на небесах морального закона к тому, чтобы тут "не сорить".
но все-таки здравый смысл подсказывает, что ту тонкую пленочку на поверхности Земли, в которой только мы и можем существовать, засирать не следует. Я не принимаю Вашего тезиса о том, что ее следует засрать на том основании, что Вселенная малопригодна для жизни. Хоть эта область и ничтожна по размерам, по астрономическим меркам, но не надо забывать, что мы в ней все-таки живем, и, конечно, потеря этой области — и жизни на Земле вообще — не приведет ко вселенской катастрофе. Но для человечества это все таки стало бы катастрофой, не правда ли?

Мне все-таки, по чрезмерной осторожности, кажется, что риск того, что наши захоронения — сегодняшние и будущие — все-таки с большой вероятностью могут принести вред биосфере за будущие сотни тысяч лет. Это все-таки невообразимо большое время.

[sergeyr.livejournal.com]

> Совершенно не понимаю, зачем Вам нужно перевирать мои слова.
...
> Отходы от этого делаются менее опасными, но отнюдь не безопасными.

Простите, но я не перевирал, а пытался доказать ровно то, что Вы сейчас сказали в последнем предложении. Просто для меня очевидно, что с какого-то значения это "менее" доходит до "инструментального нуля". Не в том смысле, что с этими отходами можно спать в обнимку, а в том, что ТАМ, где они будут - они никому не навредят, т.е. будут безвредны.

> Честно говоря, мне должно было бы польстить, что, полагая меня идиотом,
> Вы все-таки продолжаете со мной разговаривать.

Я вовсе не считаю Вас идиотом. Просто людям свойственно не держать в уме массу факторов, и я считаю что сейчас Вы упускали из виду факторы решающие для вопроса о том, как относиться к отходам.

> Тут дело в том, что отправляем мы на захоронение отходы действительно на
> десятки тысяч лет. Еще ничего созданного человеком не пережило такой
> интервал времени.

Вот поэтому я с самого начала и говорю, что захоронения стоит, по-моему, делать ровно там, откуда руду выкапывали. Там этой руды столько, что ежели её каким-нибудь извержением выкинет на поверхность - уже не будет большой разницы есть ли там отходы, или нету. Даже при том, что руда не сильно фонит - её там просто _очень_ много.

Возможно, на моё отношение влияет то, что я сам - киевлянин, а тут ЧАЭС прямо под боком. Привычка-с. Но по-моему всё-таки это истерия ровно того же рода, что и с ГМО, например.

> Любое предсказание будущего на такой срок лишено смысла.

Именно. Нет смысла заклыдываться ни на один конкретный вариант.
Если человечество деградирует, то это само по себе принесёт столько смерти истраданий, что любые последствия раскапывания радиоактивных отходов в этой массе смерти и боли будут каплей в море. А между тем, _сейчас_ усилия на параноидальные меры предосторожности вполне реально отвлекают усилия от того, чтобы ослаблять реальные же, а не когода-нибудь-как-то-возможные беды. Грубо говоря, пытаясь захоронять ещё надёжней - мы переключаем на это средства (всегда ограниченные) с уменьшения те же выбросов продуктов горения, с улучшения энергоснабжения бедных регионов и т.п. А ведь за эти упущенные возможности люди вполне реально, сейчас, заплатят предотвращаемыми в ином случае страданиями и смертями...

> здравый смысл подсказывает, что ту тонкую пленочку на поверхности Земли,
> в которой только мы и можем существовать, засирать не следует. Я не
> принимаю Вашего тезиса о том, что ее следует засрать на том основании, что
> Вселенная малопригодна для жизни.

Этого тезиса и не было.
Во-первых, я как раз предлагал эти отходы не на поверхности хоронить, а в глубине.
Во-вторых, я говорил не "следует", а "допустимо". Допустимо в тех случаях, когда попытка сделать иначе имеет слишком большую цену (не обязательно в деньгах, хотя и денежная цена вполне отражает упущенные возможность по предотвращению смертей и страданий).

[fregimus.livejournal.com]

Сергей, мне кажется, что мы говорим об одном и том же, но как-то из-за угла. Я всецело за атомную энергетику, не потому, что я ее люблю и восхищаюсь «мирным атомом», а потому что понимаю, что угольная может привести к последствиям столь неприятным, что радиация по сравнению с ними покажется малиновым вареньем. При этом, однако, я считаю, что — никуда не денешься — не существует такой вещи в природе, называемой «безопасные ядерные отходы». Любое хранилище всегда будет потенциально опасным предметом. Продумано не все, а очень многое. В обычных предприятиях человека разница невелика, но вот в проекции на 100000 лет авось асимптотически сходится к нулю.

Если хотите продолжить сравнение с ГМО — меня тоже поражает средневековое суеверие вокруг этих продуктов, но, как бы это меня ни возмущало, я не буду есть подряд все, на чем написано «ГМО».

Отходы, кстати, не бетонируют в шахтах — их перевозят и хранят в подземных хранилищах в виде слитков фосфатного стекла, запаянных в баллоны из нержавейки. Все вещества переработаны химически в инертные формы, не выделяющие газов. Такое стекло растворяется в почве на 10% за миллион лет (сталь корпуса, конечно, недолговечна). Выглядит это все замечательно — в теории. Я не нахожу ни одного сомнительного элемента в идее подземных хранилищ. Более того, я думаю, что в недалеком будущем люди найдут способ переработать эти отходы в безопасную форму.

И, тем не менее, не верю, что слабого звена там нет. Вещи из разряда «ну кто бы мог подумать» за много тысяч лет скорее произойдут, чем нет.

[sergeyr.livejournal.com]

Да, мы просто акцентами не стыковались.

[ex-navosvet.livejournal.com]

Запасы урана исчерпаемы. Придется строить бридеры.

Еще один вариант - ускоритель частиц, облучающий уран-238. То есть, реактор с внешним источником нейтронов. Часть имеющихся отходов становится топливом. И зря его сейчас закапывают глубоко, делая это как попало - выковыривать придется обратно, а на это потребуется энергия.