Новая энергетика

Калифорния переходит на солнечный режим

Новости - Новости солнечых технологий

Правительство Буша, видимо осознало, наконец, что энергозависимость (от импортируемой нефти) - не лучший стимул для американской экономики. И в поисках альтернативы решило сконцентрировать свои устремления на солнечной энергии, которую, к счастью, никому пока не пришло в голову продавать, как, скажем, воду или участки на Луне, а следовательно - абсолютно даровой.

Сама идея поставить энергию Солнца на службу человеку возникла не сегодня и не вчера. Ученые давно поняли все преимущества, что она им сулит, но не могли подвести под нее техническую базу. Принято считать, что первопроходцем в этом деле стал шведский ученый Хорас де Соссюр, создавший в 1767 году первый термальный солнечный коллектор, который сам же и использовал для разогрева пищи и воды. В США в 1891 году некто Clarence Kemp запатентовал придуманное им устройство для нагрева воды с помощью солнечной энергии. Оно состояло из солнечных батарей и бака для воды.

Изобретение потребителям понравилось и было поставлено на поток. Два калифорнийских предпринимателя закупили сразу 10 тыс. таких систем, решив хорошо на них заработать. К 1897 году уже 30% всех домов в одной только Пасадине имели на своих крышах солнечные нагреватели. А к 1941 году их число приблизилось к 60 тысячам. Дело развивалось довольно неплохо, но с началом Второй мировой войны правительство запретило использование меди, что полностью заморозило производство солнечных нагревателей.

Какой-то период о них не очень-то и вспоминали. Куда привычнее было добывать тепло и энергию проторенным путем, тем более что уголь, газ и нефть стоили дешево. Но тут разразился первый энергетический кризис, и министерство энергетики США тотчас вспомнило о солнечной энергии. В 1970-х годах Калифорния стала мировым лидером в этой области.

Первые попытки использования солнечной энергии в коммерческих целях были предприняты калифорнийской фирмой Luz Industries, построившей в 1989 году солнечно-газовую станцию мощностью 80 МВт. (Днем использовалась энергия Солнца, а ночью и в пасмурные дни - газ.)

Однако еще до этого события правительство штата вложило 141 млн долларов в экспериментальную установку Solar One, которую начали строить в калифорнийской пустыне Мохаве, в 193 километрах к юго-востоку от города Барстоу. К финансированию сулящего хорошие перспективы новшества подключились правительство и частные энергетические компании.

Запущенная в 1981 году Solar One стала крупнейшей в мире башенной электростанцией на солнечных батареях мощностью 10 МВт, ее площадь составляла 83 тыс. квадратных метров. Впечатление она производит, прямо надо сказать, ошеломляющее. В окружении «лепестков» из 1926 гелиостатов, расположенных концентрическими кругами, возвышается, словно пестик гигантского цветка, 80-метровая башня, к центру которой от лепестков-зеркал тянутся, собираясь в пучок, солнечные лучи. Гелиостаты, управляемые компьютером, подобно подсолнуху, неотступно следуют за Солнцем, а отраженные ими лучи всегда направлены на мишень-приемник, находящийся в энергобашне на высоте 35 метров.

После удачного запуска Solar One компания Luz International начала возводить в Калифорнии одну станцию за другой: в 1984 году - солнечную электрогенерирующую систему (Solar Electric Generating System I или SEGS I) в Деггетте, затем еще семь - от SEGS II до SEGS VIII, мощностью от 30 до 80 МВт каждая. Однако в 1991 году компания обанкротилась.

В 1992-м, испытывая разработанные учеными новые технологии, консорциум энергетических компаний США принял решение модернизировать Solar One, переименовав ее в Solar Two - для экспериментальной демонстрации теплоаккумулирующей системы приемника на расплавленных солях (вместо первоначальных воды или масла). Сфокусированный солнечный свет разогревает расплавленную соль от 400 до 1482°C. Тепло сохраняется в ней до 13 часов при t +550°C, благодаря чему станция может вырабатывать электричество как днем, так и ночью, и в любую погоду.

Во всех этих установках были использованы параболические зеркала (в форме лотка с точечным или линейным фокусом), которые концентрируют солнечные лучи на приемных трубках, содержащих жидкость-теплоноситель. А потом в этой области наступило затишье - на целых 15 лет, за которые в США не было построено ни одной новой гелиоэлектростанции. В 1999 году американские ученые переделали Solar Two в гигантский детектор черенковского излучения. (П.А.Черенков - русский физик, лауреат Нобелевской премии, один из авторов создания синхротронов. Его теория излучения легла в основу работы детекторов быстрых заряженных частиц, названных черенковскими счетчиками.)

Внушительным толчком и стимулом для возобновления строительства солнечных установок послужило обострение ситуации в зоне Персидского залива, имевшее место в 1990-е годы, и, как следствие, повышение цен на нефть и газ. На фоне назревающего энергетического кризиса ученые, политики и промышленники вновь сконцентрировали свое внимание на даровой энергии, предлагаемой нашим светилом, то есть на гелиоэнергетике.

В условиях беспрестанно дорожающих энергоносителей гелиоэнергетика не только стала казаться им светлым будущим человечества, но и его спасением - выходом из создавшегося тупика, в который люди сами себя загнали. Причем перспектива остаться в скором будущем без угля и нефти - не единственная головная боль человечества, поскольку оно не только истощило, но и отравило собственную среду обитания. Сегодня, как известно, на долю одних только транспортных средств (без учета фабрик и заводов) приходится около одной трети выбросов всех парниковых газов, провоцирующих глобальное потепление.

У солнечных батарей (грамотнее будет сказать, у коллекторов солнечной энергии, или фотоэлектрических генераторов, преобразующих радиацию солнечных лучей в электричество) есть неоспоримое преимущество перед генераторами, работающими на ископаемом, а следовательно невозобновляемом сырье. В обозримом будущем энергия Солнца неисчерпаема. Ее не нужно добывать, за нее не нужно платить и устраивать войны между странами. Она - совсем по-коммунистически - распределена в равных долях на каждую душу населения планеты. Солнечные коллекторы не загрязняют окружающую среду. Они работают бесшумно, не имеет движущихся и трущихся деталей, а следовательно, практически не изнашиваются. Дело за небольшим - суметь заменить этой Богом данной энергией грязные, шумные и к тому же безумно дорогие энергоносители.

Территория Америки, с ее громадными безлюдными пустынями, круглый год палимыми Солнцем, как нельзя лучше подходит для реализации этой идеи. Руководители лаборатории National Renewable Energy считают, что в пустынях четырех юго-западных штатов США можно построить гелиоэлектростанции с годовой суммарной производительностью 200 тыс. МВт.

В июне этого года в пустыне Невады, близ города Болдер-Сити, была запущена Nevada Solar One - крупнейшая в мире солнечная электростанция на параболических зеркалах, мощностью 64 МВт, которую уже окрестили эпохальной. Она почти вдвое превосходит по мощности самую большую из ныне существующих (в Германии). Это первая ласточка в Америке после 15-летнего затишья. Станция будет обеспечивать электроэнергией военно-воздушную базу США Неллис, военные установки в Кларк-Каунти, мировую столицу игорно-развлекательного бизнеса Лас-Вегас, интенсивно развивающийся и круглосуточно потребляющий огромное количество электроэнергии, а заодно и близлежащие районы.

Ее построила и будет эксплуатировать компания Acciona Solar Power - дочерняя фирма испанского строительного концерна Acciona. Финансирование в размере 250 млн долларов осуществляли в основном европейские банки, а ключевые технологии предоставила Германия: от Siemens - паровые турбины; от компании Schott - 19 300 особых стеклянных трубок, по которым циркулирует разогреваемая жидкость; от фирмы Flabeg GmbH - высокопрецизионные параболические зеркала из стекла с напылением для концентрации солнечных лучей. Вот такой международный суперсовременный конгломерат раскинул многочисленные солнечные ловушки на американской земле. Огромный комплекс Nevada Solar One собран на одной обширной территории площадью в 350 квадратных акров, а не разбит на отдельные секции в разных местах, как это практиковалось прежде в США.

Принцип действия солнечной батареи для понимания достаточно прост. Это эффект линзы, собирающей солнечные лучи в пучок или точку. Кто из нас не пробовал в детстве выжигать узоры на дощечке с помощью стеклянной линзы? Солнечная батарея - гелиоконцентратор, который действует по тому же принципу. Только вместо стеклянной линзы используется либо обычное вогнутое зеркало, либо полированный металл. В Nevada Solar One целое море следящих отражателей, состоящих из лоткообразных параболических зеркал. Следуя, как подсолнух, за движением Солнца, они фокусируют солнечный свет на трубках со специальным поглощающим покрытием, размещенных вдоль фокальной линии. Текущее по приемникам термомасло нагревается до 750°F - в теплообменниках вырабатывается пар. Как и в электростанциях на традиционных источниках энергии, пар затем герметизируется в турбинах, которые приводят в движение генераторы.

Постройке новой электростанции предшествовали длительные правительственные баталии. Губернатор штата Арнольд Шварценеггер предложил программу развития и внедрения солнечных энергосистем в целях сбережения электроэнергии и сокращения загрязнения окружающей среды топливными электростанциями. Но провести ее в жизнь ему удалось далеко не сразу. Несмотря на то, что ее поддержали обе партии штата, она поначалу не прошла в Легислатуре, поскольку возведение подобных установок на импортируемых деталях обойдется штату слишком дорого. Возведение установки Nevada Solar One, считают они, дало пока возможность заработать в основном компаниям из других стран, поставлявшим на электростанцию оборудование. К тому же строительные профсоюзы затребовали непомерно высокую плату за установку солнечных панелей на крышах жилых домов.

Шварценеггер нашел способ обойти сей законодательный тупик, обратившись за помощью к спонсорам. Комиссия по коммунальным услугам согласилась предоставить 400 млн долларов на скидки по программе для жилых, промышленных, фермерских, образовательных и других общественных строений. В результате в 2005 году законодательными органами Калифорнии была принята программа, рассчитанная на 10 лет, под названием Million Solar Roofs («Миллион солнечных крыш»), предусматривающая расширение использования возобновляемой энергии (напомним, к возобновляемой относится энергия солнца, ветра и воды). На ее осуществление законодательное собрание штата выделило стартовую сумму в 200 млн долларов. Согласно утвержденному плану в течение последующих 10 лет эта сумма будет увеличена до 3,2 млрд долларов.

Сторонники законопроекта, борцы за экологически чистую среду в частности, убеждены, что реализация программы California Solar Initiative явится поворотным моментом в развитии Калифорнии. Она улучшит экологическую обстановку в целом. Одни только выбросы углекислого газа в атмосферу сократятся на 50 млн тонн в год. Это позволит снизить цены на электричество, полученное за счет солнечной энергии (двадцать лет назад киловатт-час такой энергии стоил 2.50 доллара. В настоящий момент - от 8 до 23 центов), даст штату энергетическую независимость, сберегая до 3000 электроэнергии в периоды ее наибольшего потребления.

Калифорния - территория с экстремальными погодными условиями. В самые жаркие месяцы года, когда все население штата спасается кондиционерами, потребление электроэнергии идет с большими пиковыми нагрузками. В результате во избежание аварийных ситуаций и перерасхода электроэнергии Water & Power Department вынужден в эти периоды лимитировать подачу энергии, поочередно часами оставляя целые районы обесточенными.

В рамках проекта уже к 2008 году солнечные энергосистемы будут предлагаться строительными фирмами в качестве альтернативных источников энергии для новых домов. А к 2017 году в Калифорнии планируется оснастить ими более миллиона домовладений, не считая торговых, промышленных и офисных помещений. Принимая новый законопроект, комитет оговорил условия развития данной отрасли энергоресурсов: солнечные панели должны быть доступны для среднего американца и бесплатны для потребителей с низким доходом.

Под грифом правительства штата был выпущен справочник новой энергетической программы, основной упор в которой делается на использование солнечной энергии. В справочнике содержится подробная информация не только для частных лиц, но и для потенциальных инвесторов, поскольку любая компания может принять участие в реализации программы «Миллион солнечных крыш».

В настоящее время энергокомпании США в целом добывают чуть больше 400 мегаватт электроэнергии за счет гелиоэлектростанций, построенных в 1980-х годах и обеспечивающих электричеством 350 тыс. человек, что эквивалентно 2,3 млн баррелей нефти в год. Не густо, надо прямо сказать. Причем 354 МВт из 400 приходится на девять электростанций, расположенных в Калифорнии. Именно эти девять зеркальных полей, поставляющих электричество в общую электросеть Южной Калифорнии, образовали крупнейшее на сегодняшний день предприятие по производству солнечного теплового электричества. Но лишь на сегодняшний день, поскольку в целом эта новая отрасль еще слишком слабо развита.

К 2017 году ее продуктивность планируется увеличить в 30 раз, что сделает штат Калифорния одним из самых активных потребителей солнечной энергии в мире. А ее пытаются использовать уже более 80 стран. И число их с каждым годом растет. США, за 15 лет затишья уступившие пальму первенства Германии и Японии, похоже, решили наверстать упущенное - пока в основном за счет Калифорнии.

В этом году в районе залива Сан-Франциско завершается строительство крупнейшего в мире завода по производству отечественных солнечных элементов, на которое власти штата ассигновали 100 млн долларов. Это решит проблему дорогостоящего импорта оборудования для гелиоэлектростанций. Ежегодно завод будет производить около 200 миллионов солнечных панелей общей мощностью в 430 мегаватт.

Осуществляет строительство Nanosolar - компания будущего, возникшая шесть лет назад по инициативе и на средства поискового интернет-гиганта Google. В компании была разработана новейшая технология производства солнечных батарей, которая основана на использовании особых чернил из наночастиц, нанесенных на тончайшую пластиковую пленку. Такие солнечные элементы будут отличаться легкостью, гибкостью и дешевизной.

Штаб-квартира Google, расположенная в Калифорнии, в Маунтин-Вью, уже перешла на частичное использование электроэнергии, получаемой от солнечных батарей. Около тысячи фотоэлектрических генераторов, установленных на крышах его офисов, вырабатывают 1,6 МВт энергии, что составляет около 30% от необходимого для компании электричества. Эта установка стала крупнейшей энергосистемой нового типа, используемой на данный момент в корпоративных офисных комплексах.

Другая компьютерная корпорация - Microsoft - не только последовала примеру Google, но и перещеголяла свою соседку по Маунтин-Вью, оборудовав свой исследовательский центр 2 288 солнечными батареями. Присоединилась к ним и фирма Cypress Semiconductor, установившая солнечную энергосистему на крыше своего офиса в Силиконовой долине.

По заказу британской компании Tesco, владеющей широкой сетью супермаркетов, американская компания Solar Integrated Technologies смонтировала для новой оптовой базы Tesco (Калифорния) крышу из солнечных панелей стоимостью 13 млн долларов, которая стала самой большой в мире системой подобного типа.

Итак, сегодня с помощью солнечных батарей вырабатывают электричество, нагревают и опресняют воду, отапливают и вентилируют помещения. Появились различные экспериментальные виды транспорта, работающие на солнечных батареях, - солнцелеты, солнцемобили, лодки, яхты, космические корабли.

Весьма отзывчивый на новшества рынок предлагает для индивидуального пользования новый Solar MAX 13 Watt Solar Generator - этот чемоданчик достаточно закрепить на крыше своей машины, палатки или просто положить рядом с собой на пляже, на траве, если вы проводите отпуск или выходные дни вдали от цивилизации, где нет привычных розеток. Этот портативный солнечный генератор обеспечит питанием ноутбук, КПК, плеер iPod, мини-холодильник и т.д. А солнечная батарея SolarPort 4.4 зарядит мобильные телефоны быстрее, чем через электросеть. Есть еще и Eclipse Solar Gear Hybrid Notebook Case - сумка, оснащенная солнечными батареями, которая зарядит любой электроприбор, находящийся внутри нее, и при этом не просто защитит его от перегрева, но и охладит.

Таким образом, мощность гелиоустановок варьируется от нескольких ватт (портативные модули для средств связи и измерительных приборов) до многих мегаватт (площадью в несколько миллионов квадратных метров). Вне всякого сомнения, будущее человечества - за гелиоэнергетикой. И эта глобальная техническая революция происходит на наших с вами глазах, совершенствуясь день ото дня и неуклонно расширяя сферы применения.