10.4.1. Высокотемпературные солнечные тепловые преобразователи

Простейший метод получения электроэнергии из солнечной энер-

гии состоит в использовании концентраторов для достижения высокой темпе­ратуры, необходимой для работы двигателей Стирлинга или Ренкина (паровой двигатель).

В Южной Калифорнии в пустыне Моджави была создана солнечная элек­тростанция установленной мощностью L0 МВт. Её стоимость составила 140 млн долл., т. е. 14 000 долл, за 1 кВт установленной мощности. Ясно, что поскольку электростанции, работающие на органическом топливе, характери­зуются удельными капитальными затратами на уровне 1000 долл./кВт, данная солнечная электростанция может рассматриваться только как эксперименталь­ная. Целью экспериментов на солнечной электростанции, для которой не нужно закупать топливо, является определение срока ее службы и эксплуатационных затрат, от размера которых зависит себестоимость получаемой электроэнер­гии. Ясно, что, чем дольше электростанция проработает и чем ниже будут эксплуатационные затраты, тем ниже будет себестоимость отпускаемой ею электроэнергии.

Принципиальная схема солнечной электростанции изображена на рис. 10.11. Площадка, на которой размешены приемники солнечного излучения, имеет близ­кую к эллиптической форму и занимает территорию около 300 000 м2 (30 га). Среднесуточный (в расчете на 24 ч) поток солнечного излучения на следящие за солнцем приемники в данном месте составляет примерно 400 Вт/м2. Слежение за солнцем позволяет увеличить эффективность «сбора» солнечного излучения примерно на 8 %.

Система сбора солнечного излучения состоит из 1818 следящих за солнцем плоских зеркал, фокусирующих энергию на бойлер (парогенератор).

Бойлер представляет собой цилиндр диаметром 7 м и высотой 14 м. Он ра­ботал при температуре 788 К (516 °С) и давлении 10,7 МПа (105 атм).

Электростанция была снабжена тепловым аккумулятором, запасающим теп­ло в количестве, достаточном для генерации 100 ГДж электроэнергии (выдача мощности 7 МВт в течение 4 ч в вечернее время).

Электростанция «Solar One» была реконструирована, и в июле 1996 г. на ее месте в эксплуатацию была запущена модернизированная установка «Solar Two». Затраты на новую экспериментальную электростанцию составили около

48,5 млн долл. При этом на ней была использована часть оборудования пред­шествующей станции, в частности часть гелиостатов.

Новая установка, также как и старая, имела мощность 10 МВт. Основное от­личие состояло в использовании промежуточного рабочего тела (смеси NaNO, с KN03, содержащей 40 % калийной соли). Эта смесь нагревалась в бойлере кон­центрированным солнечным излучением и в расплавленном состоянии транс­портировалась к теплообменному аппарату, в котором тепло расходовалось хтя I получения водяного пара, направляемого на турбину. Нагретый солевой раствс? на выходе из башни имел температуру 565 °С, а после сброса части тепла в теп­лообменном аппарате возвращался на башню с температурой 288 °С1!. [42]

Солевой раствор оказывает сильное коррозионное воздействие на элементы системы, в которой он циркулирует, поэтому для изготовления баков и труб в данной системе использовались специальные нержавеющие стали. При рабочей температуре солевой раствор достаточно стабилен и имеет низкое равновесное давление пара.

Зеркала гелиостатов представляли собой «сандвичи» из двух стеклянных панелей со слоем серебра между ними. Когда гелиостат не работает, он пе­реводится в горизонтальное положение во избежание поломки от сильных ветровых нагрузок и абразивного воздействия песка, находящегося в воздуш­ном потоке.