 
|
На пути к «высокой энергетике»С.В.Коровкин, главный инженер проекта ОАО «Атомстрой», НИКИМТ В феврале 2009 года в ProAtom была опубликована статья о новом направлении в энергетике – солнечных аэростатных электростанциях с фотоэлектрическим слоем и гравитационным аккумулированием энергии. Основным достоинством этих энергетических установок в сравнении с другими солнечными энергоустановками является постоянство генерации электроэнергии в любое время суток и при любой погоде. Независимость генерации от времени суток достигается за счет возможности днем аккумулировать энергию при подъеме груза на высоту нескольких километров, а ночью вырабатывать электроэнергию за счет опускания этого груза. Независимость генерации от погодных условий достигается за счет размещения баллона аэростата с тонкопленочными солнечными элементами выше облачного слоя. Однако на Земле имеется достаточно мест, где ясная солнечная погода стоит 340-350 дней в году. Это – Северная Африка, Ближний Восток, Центральная Азия, Забайкалье, внутренние районы Австралии, пустыни Северной и Южной Америки. В этих районах нет необходимости понимать баллон аэростата выше облачного слоя по причине отсутствия этого слоя. В этом случае появляется возможность значительно упростить и удешевить конструкцию аэростатной солнечной электростанции. Аккумулирование дневной энергии и генерацию энергии ночью можно осуществлять за счет опускания и подъема самого баллона аэростата! Так как на баллон аэростата действует вертикальная подъемная сила, то для опускания аэростата необходимо выбирать привязной канат путем закручивания его на барабан, приводимый в действие электромотором. В дневное время примерно половина электроэнергии, вырабатываемой солнечными элементами, тратится на вращение электромотора-редуктора и опускание баллона. В ночное время баллон аэростата поднимается, канат раскручивает барабан и мотор-редуктор, работая в режиме электрогенератора, вырабатывает электроэнергию (Рис.1).  Рис.1. Аэростатная солнечная электростанция 1 – оболочка баллона аэростата 2 – тонкопленочные солнечные элементы 3 – канат с электрическим кабелем 4 – барабан 5 – электромотор-редуктор 6 – инвертор При перепаде высот подъема баллона 2500 м скорость перемещения баллона составит всего 5 см/сек. При такой скорости аэродинамическое сопротивление практически отсутствует и эффективность аккумулирования электроэнергии достигает 95%. В настоящее время стоимость тонкопленочных солнечных элементов, выпускаемых американской фирмой First Solar, составляет 1 доллар/ватт. К 2012 году планируется снизить этот показатель до 0.7 доллар/ватт. При определении цены под мощностью понимается электрическая мощность, генерируемая элементом при его освещении перпендикулярным к плоскости элемента световым потоком мощностью 1 кВт/м2, чему соответствует освещенность прямыми солнечными лучами при ясном небе. Коэффициент полезного действия современных тонкопленочных солнечных элементов равен 10%. Учитывая неравномерность освещения поверхности аэростата в течение светового дня и необходимость выработки энергии для ночного времени, площадь тонкопленочных солнечных элементов, необходимая для генерации одного киловатта электрической мощности непрерывно в течение суток составит 50 м2. Таким образом, стоимость солнечных батарей, необходимых для генерации одного киловатта электрической мощности непрерывно в течение суток составит 3500 долларов. Стоимость солнечных батарей составляет половину всей стоимости аэростатной электростанции. Полная стоимость аэростатной солнечной электростанции среднесуточной мощностью 1 кВт равна 7000 долларов. Это значение примерно равно стоимости установленной мощности для гидроэлектростанций и других возобновляемых источников энергии. Однако сравнивать этот показатель с наземными солнечными и ветряными электростанциями некорректно, так как эти энергоустановки не обеспечивают непрерывной генерации электроэнергии и могут работать только как вспомогательные источники энергии. На Рис.2 представлен в масштабе модельный ряд аэростатных солнечных электростанций среднесуточной электрической мощностью 1 кВт, 10 кВт и 100 кВт.  Рис.2. Модельный ряд аэростатных солнечных электростанций Среднесуточная электрическая мощность – 1 кВт; 10 кВт; 100 кВт Диаметр баллона - 16 м; 34 м; 72 м Объем баллона - 2000 м3; 20 000м3; 200 000 м3 Высота подъема баллона - 2500 м Площадь солнечных элементов - 50 м2; 500 м2; 5000 м2 Материал каната - нейлон Площадь сечения каната - 1 см2; 10см2; 100 см2 Масса каната -250 кг; 2500 кг; 2500 кг Подъемный газ - водород Материал оболочки - материал №1973 Площадь оболочки - 900 м2; 4000 м2; 18 000 м2 Масса оболочки - 200 кг; 800 кг; 3600 кг Стоимость электростанции - $7000; $70 000; $700 000 Удешевление стоимости киловатта установленной мощности возможно при поточном производстве аэростатных электростанций. Еще больший экономический эффект даст развертывание производства в Китае и в странах Юго-Восточной Азии. Опыт показывает, что себестоимость продукции в этом случае снижается в несколько раз. Аэростатные солнечные электростанции, аккумулирующие энергию путем вертикального перемещения баллона, абсолютно безопасны и могут быть размещены где угодно, в том числе непосредственно в черте города (Рис.3).  Рис.3. Аэростатные солнечные электростанции могут быть размещены в черте города Необходимо отметить также чрезвычайную мобильность аэростатных солнечных электростанций. Для развертывания аэростатной энергоустановки требуется всего несколько часов – срок, недостижимый для других типов энергоустановок. После отработки основных технических решений и оптимизации конструкции на электростанциях мощностью до 100 кВт можно будет приступать к созданию АСЭС с диаметром баллона 200 м и среднесуточной мощностью 1000 кВт. Аэростатная электростанция такой мощности позволит выйти на качественно иной уровень – на уровень крупномасштабной энергетики. Для аэростатной станции с диаметром баллона 200 м отпадает необходимость в периодической подпитке водородом. Потеря 10% количества водорода за счет просачивания через оболочку происходит лишь через 20 лет после начала эксплуатации. Примерно такой же промежуток времени составляет срок службы тонкопленочных батарей, оболочки баллона и каната. Другим важнейшим достоинством аэростатной электростанции с диаметром баллона 200 метров является возможность работы баллона в диапазоне высот 3-5 километров, то есть над облачным слоем. Это расширяет область распространения аэростатных электростанций практически на все страны мира. Для аэростатной электростанции с диаметром баллона 200 метров вместо нейлонового троса целесообразней применить трос из кевлара, прочность которого в 5 раз выше прочности нейлона. Это, однако, приведет к удорожанию киловатта установленной мощности на 1500-2000 долларов. Хорошим решением могло бы служить применение давно разрекламированного нанотехнологами сверхпрочного и сверхлегкого троса из нанотрубок. Аэростатные солнечные электростанции являются точкой пересечения самых современных технологий – фотоэлектроники, химии полимеров, водородных технологий и нанотехнологий. Все эти технологии относятся к так называемым «высоким технологиям» (Hie-Tech), а потому аэростатную солнечную энергетику с полным основанием можно назвать «высокой энергетикой» ( Hie-En). Источники: 1.Атомная стратегия, февраль 2009 http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=1699 2.НГ-Энергия, 10.02.09 http://www.ng.ru/energy/2009-02-10/11_air.html 3.Нейлоновый трос http://www.bazisenergo.ru/prodview__id_359.htm 4.Кевларовый трос http://www.4x4ru.ru/?id=128 5.Стоимость солнечных элементов http://www.nanonewsnet.ru/articles/2008/rost-aktivnosti-amerikankikh-kompanii-na-rynke-tonkoplenochnykh-solnechnykh-elementov |
|
|
||