научная статья по теме НА ПУТИ К «ВЫСОКОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ» Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «НА ПУТИ К «ВЫСОКОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ»»

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

SOLAR ENERGY

НА ПУТИ К «ВЫСОКОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ» С.В. Коровкин

Научно-технический центр «Солярис» гор. Долгопрудный, Московской обл. Тел. (495) 409-94-68 e-mail: aerosolar@mail.ru

ON A WAY TO "HIGH ENERGETICS" S.V. Korovkin

Scientific and technical center «Solaris» Dolgoprudnyy, Moscow region, tel. (495) 409-94-68 e-mail: aerosolar@mail.ru

В №7 за 2008 г. журнала «Альтернативная энергетика и экология» 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 поднимать 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 эле-

ментами, 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 Fig. 1. Balloon solar power station: 1 - aerostat balloon casing; 2 - thin-film solar cells; 3 - cord with an electric cable; 4 - barrel; 5 - electric-engine - gear; 6 - inverter

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (71) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

При перепаде высот подъема баллона 2500 м скорость перемещения баллона составит всего 5 см/с. 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 долл./ватт. К 2012 г. планируется снизить этот показатель до 0,7 доллара за 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.

1 т

Рис. 2. Модельный ряд аэростатных солнечных электростанций Fig. 2. A modeling number for balloon solar power stations

С.В. Коровкин. На пути к «высокой энергетике»

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, а в таблице - характеристики аэростатных солнечных электростанций среднесуточной электрической мощностью 1 кВт, 10 кВт и 100 кВт.

Характеристики модельного ряда аэростатных солнечных электростанций Characteristics of a modeling number for balloon solar power stations

Параметр Модель

1 2 3

Среднесуточная электрическая мощность, кВт 1 10 100

Диаметр баллона, м 16 34 72

Объем баллона, м3 2000 20000 200000

Высота подъема баллона, м 2500 2500 2500

Площадь солнечных элементов, м2 50 500 5000

Материал каната, нейлон

Площадь сечения каната, см2 1 10 100

Масса каната, кг 250 2500 2500

Подъемный газ водород

Материал оболочки материал № 1973

Площадь оболочки, м2 900 4000 18000

Масса оболочки, кг 200 800 3600

Стоимость электростанции, $ 7000 70000 700000

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 перемеще-

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 3 (71) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009

Солнечная энергетика

ния баллона, абсолютно безопасны и могут быть размещены где угодно, в том числе непосредственно в черте города (рис. 3).

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 м является возможность работы баллона в диапазоне высот 3-5 км, 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» (High-Tech), а потому аэростатную солнечную энергетику с полным основанием можно назвать «высокой энергетикой» (High-En).

Рис. 3. Аэростатные солнечные электростанции могут быть размещены в черте города Fig. 3. Balloon solar power stations can be placed in the city

— TATA —

oo

98

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (71) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

Jtu»i

i? M

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Комплексное изучение отдельных стран и регионов»