Знание-сила, 2009 № 11 (989) - Цыбанова

Журнал «ЗНАНИЕ-СИЛА»

2009, № 11 (989)

ЗАМЕТКИ ОБОЗРЕВАТЕЛЯ

Солнце, звезда человеческая

Александр Волков

Он вырос в великую эпоху электричества и перестройки Земного шара.

Андрей Платонов*

* Здесь и далее курсивом выделены цитаты из рассказа Андрея Платонова «Потомки солнца» (1921).

В июле произошло одно из важнейших событий этого года, которое может дать новый поворот развитию цивилизации. Принята программа «Desertec. Пустынные районы Северной Африки со временем превратятся в центр мировой энергетики (о планах застроить Сахару солнечными электростанциями наш журнал писал в феврале 2004 года).

…Мы все острее сознаем, что наши естественные ресурсы ограничены. В очередной раз этим летом эксперты Международного энергетического агентства объявили, что после 2010 года мир столкнется с острой нехваткой углеводородов, в связи с чем нефть будет дорожать и дальше — до 150–200 долларов за баррель. Это грозит новыми проблемами для мировой экономики. Страх перед дефицитом нефти, как и перед глобальным потеплением, побуждают нас все чаще отдавать предпочтение альтернативным видам энергии. И чем не помощь нам — солнечный свет? Этот бесплатный, неиссякающий дар светила.

Солнечная энергия становится все дешевле и перспективнее. Со временем она широко войдет в наш повседневный быт: в виде телефонов, работающих на солнечных батареях, и аккумуляторов, обогревающих небоскребы, в образе солнечных панелей на крышах соседних домов и каскадов электростанций в далеких пустынях. Солнце ведь не уголь и нефть. Его на всех хватит.

Еще в середине 1970-х годов, в разгар нефтяного кризиса, в США всерьез взялись за использование альтернативных видов энергии. Началось массовое строительство ветроэнергетических установок. Одно время Калифорния была мировым лидером в этой области. Тогдашний президент страны Джимми Картер поддерживал и развитие солнечной энергетики.

Первые солнечные (солярно-термические) электростанции (СЭС) появились в начале 1980-х годов в калифорнийской пустыне Мохаве. Их общая мощность составила 354 мегаватта (всего здесь было возведено 9 СЭС). Однако времена изменились, цены на нефть упали, и экологическая энергетика погрузилась в стагнацию. Рональд Рейган категорически отверг субсидирование этой отрасли.

Почти два десятилетия (!) длилось затишье. Эти пресловутые 354 мегаватта неизменно составляли «вклад электростанций данного типа в общемировой энергобаланс» — вклад, который становился в процентном отношении все меньше. И это — на фоне непрекращающихся разговоров о пользе солнечной энергетики. Лишь в последние два года в строй вступили новые станции: в Испании и Неваде (США), (подробнее о развитии солнечной энергетики в США читайте «З-С», № 1/09).

Осенью 2008 года в тестовом режиме начала работать солярно-термическая электростанция Андасол-1, сооруженная на юге Испании, в Андалусии. Здесь, на площади 200 гектаров, разместилось около 15 тысяч параболических зеркал. Они фокусируют свет, направляя его на стеклянные трубы, по которым циркулирует термомасло. Под действием солнечных лучей жидкость разогревается до 400 градусов Цельсия. Попадая в теплообменник, масло отдает свою энергию воде, и та превращается в пар. В общем, все то же самое, что на электростанциях, работающих на угле, нефти или природном газе. Пар вращает турбины, вырабатывает ток. За одним исключением: здесь топливом является солнечный свет!

Мощность станции составляет 50 мегаватт; она может обеспечить электроэнергией до 200 тысяч человек (для сравнения: мощность крупнейших аЭс и ТЭЦ исчисляется тысячами мегаватт). По соседству с ней сооружен такой же каскад зеркал — электростанция Андасол-2. Она вступит в строй в 2010 году. Затем появится еще одна станция, опять же на 50 мегаватт. Всего на Пиренейском полуострове планируется построить около 1ОО СЭС общей мощностью свыше 2000 мегаватт. Но насколько они будут рентабельны?

Сейчас стоимость тока, вырабатываемого станцией Андасол-1, составляет около 20 евроцентов за киловатт-час, в то время как электричество, производимое на АЭС или ТЭЦ, стоит почти в пять раз дешевле. Однако, по прогнозу экспертов, такое соотношение цен продержится недолго — полтора-два десятилетия. Ведь те же ТЭЦ давно сооружаются по типовым планам, их штампуют, как на конвейере, в то время, как солнечные электростанции пока приходится строить по индивидуальным проектам, приноравливаясь к окружающим условиям, что удорожает их строительство. Когда же оно будет поставлено на поток, тогда и расходы на выработку тока заметно сократятся. Между тем цены на ископаемое топливо продолжат расти, квоты на выброс углекислого газа в атмосферу — тоже, а потому будет неуклонно повышаться и стоимость тока, произведенного традиционным способом. Так что это лишь вопрос времени, когда «солнечный ток» перестанет быть убыточным, а СЭС превратятся в настоящих конкурентов всем традиционным энергосистемам.

Специалисты убеждены, что решающего прорыва удастся достичь, когда начнется массовое сооружение гибридных станций, когда они станут частью уже существующих ТЭЦ или ГЭС. В большинстве регионов солнечную энергию надо на первых порах использовать параллельно с другими видами энергоносителей, например, нефтью, природным газом или углем. Это позволит совершить плавный и безболезненный переход от ископаемого сырья к солнечному свету.

Участок солярно-термической электростанции в Альмерии, на юге Испании

В ясную погоду такая станция будет работать от солнца, а ночью и пасмурным днем, например, на природном газе. Широкое применение термических накопителей позволит довести долю солнечной энергии в общей выработке тока до 100 процентов. Благодаря ним электростанция круглые сутки станет использовать лишь тепло, приносимое солнцем, надежно, без перебоев, вырабатывая ток. Возможность накопления энергии — вот, к слову, решающее преимущество солнечной электростанции над ветровой.

На недавно построенных станциях уже используются тепловые накопители. Так, на станции Андасол часть тепла отводится к двум громадным бакам с жидкой солью. Поэтому даже в темное время суток здесь еще в течение восьми часов вырабатывается ток.

Подобный тип накопителя — соляной — имеет технологические преимущества, но сложен по своей конструкции и стоит дорого.

Немецкие исследователи предложили альтернативу — специальный сорт бетона. Еще больше надежд возлагается на латентные накопители: материалы, которые, поглощая или отдавая тепло, меняют свое физическое состояние — из твердых становятся жидкими и наоборот. Эти материалы могут почти без потерь аккумулировать большие количества тепла.

Внедрение накопительных систем дает мощный импульс развитию солнечной энергетики. Интерес к ней велик еще и потому, что все больше людей озабоченно проблемой глобального потепления. Если нам не удастся существенно сократить выброс в атмосферу парниковых газов, считают эксперты, то не избежать и постепенного повышения средней температуры на планете.

Обнародованные в этом году результаты исследований Венеры европейским зондом «Венера