Экспериментальная электростанция, открывшаяся на днях на юге Испании, использует ряд интересных решений для повышения КПД всей системы. Построившие её компании намерены обкатать здесь технологии, которые сделают солнечную энергетику более конкурентоспособной.

Новая солнечная электростанция концентрирующего типа (CSP) — плод сотрудничества германского аэрокосмического центра (DLR) и испанской энергетической компании Endesa, а также нескольких немецких промышленных партнёров.

В этой системе зеркальный жёлоб собирает солнечные лучи и направляет свет на трубу-приёмник. В трубу подаётся вода, которая здесь же и превращается в пар. Он подаётся на турбину, вращающую генератор. В целом тут всё похоже на предыдущие системы такого типа, но в деталях — масса отличий.

Рис. 1. Необычная энергетическая установка заработала в муниципалитете Карбонерас 31 марта 2011 года (фото DLR).

Так, в предыдущих солнечных установках типа CSP, в которых солнце греет непосредственно воду, не удавалось получить большую температуру пара. Она составляла порядка 250 градусов по Цельсию.

К тому же с прямой выработкой пара для турбины сложно было организовать буферное накопление энергии. А оно подобной станции необходимо для сглаживания развиваемой мощности и обеспечения работы в облачную погоду или даже после захода светила.

Во многих смыслах куда интереснее выглядят CSP-установки, в которых солнечные зайчики греют не воду, а масло или расплавленную соль. В таких аппаратах промежуточный теплоноситель удаётся разогревать до 390 градусов. По идее, это повышает эффективность. Вдобавок горячая жидкость служит накопителем энергии.

Но промежуточная ступень на пути от солнечного света к электричеству усложняет систему и приводит к лишним потерям тепла. Потому инженеры, разработавшие новую электростанцию, выбрали всё же прямое получение водяного пара в фокусе зеркала.

Однако, чтобы добиться хорошей производительности и эффективности комплекса, они подняли давление в трубах до 120 бар. В результате солнечный концентратор производит перегретый пар при температуре 500 градусов по Цельсию. Это повышает КПД установки и снижает стоимость солнечного электричества.

Интересно был решён и вопрос буферного накопления энергии на случай непогоды. В комбинированной системе «лишние» джоули сохраняются как в форме явного тепла (разогретой массы бетонного накопителя, поясняет Gizmag), так и скрытой теплоты плавления соли.

Выбранная создателями аппарата соль испытывает фазовый переход при постоянной температуре 305 °C. Когда этот накопитель работает на приём энергии, соль превращается в жидкость. В обратном случае соль постепенно переходит в твёрдое состояние, отдавая тепло воде.

Рис. 2. Вертикальный «шкаф» и цистерна рядом — тепловые накопители системы (фото DLR).

В пресс-релизе DLR одна из участниц проекта Дёрте Лаинг (Doerte Laing) рассказывает:

«Преимущество такой системы заключается в её способности хранить большое количество энергии в малом объёме и с минимальными изменениями температуры. Энергия здесь может передаваться и поглощаться очень эффективно».

Партнёры намерены использовать экспериментальную испанскую установку до конца 2011 года. В ходе этого длительного теста инженеры хотят проверить работу множества оригинальных узлов. В частности, в системе подвода воды и отвода пара от зеркала-концентратора имеются гибкие соединения. Они позволяют жёлобу поворачиваться и отслеживать перемещение солнца по небосводу.

Немецким и испанским исследователям интересно узнать, как такие сочленения труб поведут себя со временем. Ведь им необходимо оставаться герметичными, выдерживая высокие давление и температуру вместе с механическими нагрузками.

И, конечно, реальная эффективность и полезность комбинированной системы хранения тепловой энергии тоже интересует авторов опытной электростанции.