Як працює сонячна вежа

Фантастична картина, чи неправда? Перед Вами – сонячна електростанція так званого баштового типу з центральним приймачем. У цих електростанціях для перетворення в електроенергію сонячного світла використовується обертове поле відбивачів-геліостатів. Вони фокусують сонячне світло на центральний приймач, споруджений на верху вежі, який поглинає теплову енергію і приводить в дію турбогенератор. Кожне дзеркало управляється центральним комп’ютером, який орієнтує його поворот і нахил таким чином, щоб відбиті сонячні промені були завжди були спрямовані на приймач. Циркулююча в приймачі рідина переносить тепло до теплоакумулятора у вигляді пари. Пар обертає турбіну генератора, який виробляє електроенергію, або безпосередньо використовується в промислових процесах. Температури на приймачі сягають від 538 до 1482 C.

Перша баштова електростанція під назвою “Solar One” поблизу Барстоу (Південна Каліфорнія) була побудована ще в 1980 році і з успіхом продемонструвала застосування цієї технології для виробництва електроенергії. На цій станції використовується водно-парова система потужністю 10 МВт.

Найбільшу сонячну електростанцію у вигляді вежі запустила компанія Abengoa Solar. Її потужність становить 20 МВт. Сонячна вежа PS20 розташована недалеко від Севільї, в Іспанії, і побудована вона поряд з раніше діяла вежею PS10 меншої потужності.

Сонячна електростанція PS20 концентрує на вежі висотою 161 метр промені, відбиті від 1255 геліостатів. Кожне дзеркало гелиостата площею 120 м2 направляє сонячні промені на сонячний колектор, розташований вгорі 165-метрової вежі. Колектор перетворює воду на пару, яка приводить в рух турбіну. Побудована станція в 2007р. До 2013 року Іспанія планує отримувати від сонячних установок різноманітної конструкції, включаючи вежі, близько 300 МВт електроенергії.

Недоліком будь сонячної станції є падіння її видаваної потужності у разі появи хмар на небі, і повне припинення роботи у нічний час. Для вирішення цієї проблеми запропоновано використання в якості теплоносія не води, а солей з більшою теплоємністю. Розплавлена сонцем сіль концентрується в сховище, побудованого у вигляді великого термоса, і може використовуватися для перетворення води в пару ще тривалий час після того, як сонце сховається за горизонтом.

У 1990-х роках “Solar One” була модернезирована для роботи на розплавлених солях і теплоакумулюючої системи. Завдяки акумуляції тепла баштові електростанції стали унікальною гелиотехнологией, що дозволяє диспетчеризацію електроенергії при коефіцієнті навантаження до 65%. При такій конструкції розплавлена сіль закачується з “холодного” бака при температурі 288 C і проходить через приймач, де нагрівається до 565 C, а потім повертається в “гарячий” бак. Тепер гарячу сіль за потреби можна використовувати для вироблення електрики. У сучасних моделях таких установок тепло зберігається протягом 3 – 13 годин.

Рожевим кольором показано сховище гарячої солі, синім — холодної. Червоним — відзначений парогенератор, з’єднаний з турбіною і конденсатором пара (ілюстрація взята з сайту solarpaces.org).

Будівництво станції обходиться в суму близько 5 мільйонів євро.

Цікаво, що сонячна вежа може використовуватися не тільки для безпосереднього перетворення тепла в електроенергію за допомогою турбін. Ізраїльський Weizmann Institute of Science в 2005 році відпрацював технологічний процес отримання цинку з оксиду цинку в сонячної вежі. (Оксид цинку утворюється при відпрацюванні терміну експлуатації більшості батарей – див. статтю “як працює батарейка”). Оксид цинку в присутності деревного вугілля нагрівається в башті сонячними променями до температури 1200 °С. В результаті процесу виходить чистий цинк. Далі цинк можна використовувати для виготовлення батарей. Інший варіант його використання – помістити цинк у воду і в результаті хімічної реакції отримати водень і оксид цинку. Оксид цинку знову вирушає у сонячну вежу, а водень може використовуватися для роботи водневих двигунів в якості екологічно чистого палива. Ця технологія пройшла випробування в сонячної вежі канадського Institute for the Energies and Applied Research.

Швейцарська компанія Clean Hydrogen Producers (CHP) розробила технологію безпосереднього виробництва водню з води за допомогою параболічних сонячних концентраторів. Виявляється, вода починає розділятися на водень і кисень при температурі вище 1700 °С, що без проблем досягається в геліоустановки.

Таким чином, людство поступово освоює найбільший джерело енергії, що знаходиться під боком – Сонце.