В США создан новый вид стеклообразного теплоносителя для гелиотермальных электростанций. Его рабочая температура — 1 200 ˚С, что в два с лишним раза выше, чем у аналогов. Он может не только повысить КПД солнечных электростанций, но и снизить стоимость хранения их энергии ночью.

Солнечная энергия имеет две фундаментальные проблемы: больше всего её тогда и там, когда и где потребление электричества минимально, и наоборот. В развитых странах электропотребление максимизируется вечером и зимой, а летом и в полдень резко падает. И если себестоимость солнечных батарей и киловатта полученной от светила энергии постоянно падает, то про стоимость аккумуляции электричества этого сказать нельзя. А ведь как только доля гелиоэнергетики превысит 20% в любой замкнутой энергосистеме, энергоснабжение без хранилища избытков электричества станет слишком неустойчивым. Способов решения у этой проблемы много, но все они пока дороги.

Компания Halotechnics пытается подойти к вопросу с другой стороны. Более эффективным будет сохранять солнечную энергию не в виде электричества, а как тепло. Существующие разработки Halotechnics делают её лидером в этом направлении: растворы расплавленных солей на основе NO₃ с максимальной рабочей температурой в 565 ˚С обеспечивают относительно дешёвое рабочее тело в гелиотермальной энергетике, где с помощью системы концентрирующих солнечный свет зеркал нагревается ёмкость с расплавленным раствором солей, после чего последний передаёт тепловую энергию обычной турбине.

Рис. 1. Башни — накопители солнечного тепла чрезвычайно дороги и материалоёмки. Башня гелиоТЭС PS10 (Андалусия) хорошо видна за десяток с лишним километров. Может ли солнечная энергетика обойтись без столь циклопических сооружений? (Фото Википедии).

Возможно ли использование теплоаккумулятора на таких солях? Конечно. Никакой проблемы тут нет: с ростом объёма нагретого раствора теплопотери по периметру резервуара будут падать, так как площадь поверхности хранилища расплавленных солей будет расти пропорционально квадрату, а объём теплоаккумулирующих веществ — пропорционально кубу увеличения линейных размеров.

В уже используемых теплоаккумулирующих мощностях в хранилище объёмом 68 м³ удаётся сохранить в течение ночи до 1,44 тераджоулей. При этом тепловые потери не превышают 1%.

Проблема таких теплоаккумуляторов в другом. Расплавленные растворы солей и как рабочее тело гелиотермальных электростанций, и как тепловая батарея имеют один и тот же недостаток — относительно низкую рабочую температуру.

Для повышения КПД турбинной установки и эффективности накопления тепла требуется увеличение температуры теплоносителя. Если с первым пунктом всё ясно (цикл Карно, etc.), то второй требует пояснений. Чем выше температура рабочего тела, хранящего тепло, тем меньше этого носителя требуется — а значит, тем меньшие материальные затраты необходимы для строительства теплонакапливающих мощностей. Скажем, тонна расплавленной соли стоит всего тысячу долларов, но средняя гелиоТЭС использует около 30 тыс. тонн таких солей, а ведь для них нужен ещё резервуар, трубы и т. п.

Чтобы повысить эффективность теплоносителя, Halotechnics намерена использовать новый материал, который при рабочей температуре в 1 200 ˚С будет пребывать в стеклообразном состоянии. Состав самой смеси пока не раскрывается: по словам разработчиков, они перепробовали 18 тыс. комбинаций, прежде чем нашли удовлетворительную по соотношению «цена — качество». Новый теплоноситель сохраняет в одной единице объёма в три раза больше тепла, чем растворы расплавленных солей.

Весьма важно и то, что его использование как рабочего тела гелиотермальных электростанций позволит повысить их общий КПД с 42 до 45% за счёт применения ПГУ.

По уверениям Halotechnics, проведённое предварительное ТЭО показало, что для гелиоТЭС в Калифорнии можно ожидать цены генерации на уровне 6 центов за кВт•ч (1,75 рубля) — неплохая по американским меркам себестоимость и для газовых ТЭС (из-за относительно высокой цены на газ). Основной причиной столь резкого снижения (сегодня 14–16 центов для гелиоТЭС считается средним показателем) станет даже не рост КПД, а увеличение коэффициента использования установленной мощности (КИУМ).

Если нынче в большинстве геотермальных электростанций турбины работают днём, то с новым теплонакопителем они будут работать вдвое дольше, повышая КИУМ также вдвое — а значит, резко снижая стоимость одного кВт•ч, производимого такой станцией.

Хотя первые опыты с новым веществом в условиях опытной гелиоТЭС запланированы на лето, широкое внедрение нового теплоносителя кажется делом долгим, ведь придётся существенно изменить организацию самих электростанций, а не только их тепловых хранилищ, применить другие конструкционные материалы для трубопроводов, насосов и т. д.