Концентрационные (гелиотермальные) технологии солнечной энергетики — CSP/STE

Коллектор гелиотермальной электростанцииТехнологии концентрирования солнечной энергии (CSP — Concentrated Solar Power), другое название — cолнечное тепловое электричество (STE — Solar Thermal Electricity), или гелиотермальные технологии, основаны на использовании не световой силы солнечного света, а его температуры. Элементы систем, работающих с применением таких технологий, концентрируют тепловую энергию, что позволяет вырабатывать пар, который затем двигает классическую систему турбины и электрогенератора. Подобные системы могут работать без остановки в любое время дня, даже при отсутствии солнца, потому как часть энергии может в течение определенного времени сохраняться в специальном термальном хранилище и постепенно использоваться для производства энергии. Концентрационные солнечные электростанции не причиняют вреда окружающей среде и достаточно надежны, чтобы удовлетворить растущую потребность в электроэнергии по всему миру.

История технологий концентрации солнечной энергии

Концентрационная солнечная станцияИстория термальных солнечных электростанций насчитывает уже более 100 лет. В 1890 году был изобретен паровой двигатель, работающий от коллектора, концентрирующего солнечную энергию. В 1912 году в Египте была построена первая в мире гелиотермальная электростанция мощностью 45 кВт, использовавшая вогнутые параболические коллекторы.

В конце 1970-х годов начались масштабные исследования в области концентрационных гелиотермальных технологий на основе раннее созданных вогнутых параболических коллекторов. К концу 1980-х гг. начался ввод этих технологий в коммерческую эксплуатацию. С тех пор, по мере продолжающихся исследований и изобретения новых материалов, технологии все больше совершенствуются, в ряде индустриально развитых стран (США, Япония, Испания, Италия) были построены пилотные проекты гелиотермальных станций. Компании Luz International Limited удалось совершить значительный прорыв в разработке и применении CSP технологий на ее солнечных электростациях SEGS, построенных между 1984 и 1991 годами. Это были одни из первых солнечных электростанций, разработанных, построенных, финансируемых и работающих на коммерческой основе. Электростанции SEGS, расположенные в пустыне Мохаве в Калифорнии, до сих пор успешно работают и ежегодно поставляют примерно 354 мВт энергии в энергетическую сеть штата. Этот проект и поныне является самым упоминаемым, когда речь заходит о данном типе технологий.

В настоящее время мир переживает настоящий бум проектов, основанных на гелиотермальных технологиях: по оценкам на первую половину 2010-х гг. уже строится более 5000 мВт мощностей, большая их часть в США и Испании. Лидеры на рынке концентрационной солнечной энергетики — это США, Испания и Германия. Существует три основных типа технологий CSP для строительства электростанций:

  • технология центральной башни-ресивера
  • технология вогнутых параболических коллекторов
  • солнечные генераторы на двигателях

Технология центральной башни-ресивера

Технология центральной башни-ресивера

Технология центральной башни-ресивера

Электростанции с центральной башней-ресивером состоят из множества рядов гелиостатов, окружающих центральную башню высотой более 100 метров. Жидкая субстанция, протекающая через башню, концентрирует в себе тепловую энергию солнечного света, с помощью нее затем генерируется пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество.

Более подробно и наглядно принцип работы системы с центральной башней-ресивером описан на странице гелиотермальной станции Gemasolar (Испания).

Технология вогнутых параболических коллекторов

Вогнутые параболические коллекторы

Вогнутые параболические коллекторы

Системы, построенные с применением технологии вогнутых параболических коллекторов (или цилиндрических параболических коллекторов, CPC), состоят из множества отражателей с волнистой поверхностью с параболической секцией. В их центральной части расположена туба-абсорбер, по которой течет жидкость (синтетическое термомасло), поглощающая тепловую энергию солнечного света. Эта тепловая энергия, переносимая раскаленным маслом, затем используется для испарения воды и генерации пара, которые вращает турбину, вследствие чего вырабатывается электричество.

В данный момент электростанции, построенные с использованием этой технологии, показывают большую производительность, чем другие CSP-электростанции, и их сравнительно больше по всему миру. Эта технология в различных формах используется уже два десятилетия, включая девять электростанции в Калифорнии; за это время было выработано более 12 миллиардов кВт энергии. Энергоэффективность ее по статистике составляет более 14% (чистый объем производства к количеству полученного солнечного света).

Более подробно и наглядно принцип работы системы, работающей с использованием вогнутых параболических коллекторов, описан на странице гелиотермальных станций Valle 1 и Valle 2 (Испания).

Термохранилище

И та и другая описанные технологии работают совместно с системой промежуточного хранения тепловой энергии (термохранилище), что позволяет электростанции вырабатывать энергию стабильно, избегая пиков и провалов, а также дает ей возможность работать в течение определенного периода без поступления солнечного света, на внутреннем резерве.

Последние новости области гелиотермальной энергетики

Запатентованные разными компаниями технологии CSP

Организации, работающие в сфере гелиотермальной энергетики

Компании, работающие в сфере гелиотермальной энергетики

Проекты в сфере гелиотермальной энергетики