Сонячні поля

Мета: Вивчення технології отримання електроенергії за допомогою сонця та створення мережі потужностей з виробництва електроенергії, основаних на даній технології.

 

Координатор: Олександр Дахно

 

Опис: Верхні шари атмосфери Землі отримують близько 1,5×1021 ват-годин сонячного опромінення щорічно. Така величезна кількість енергії у понад 23 000 разів більша, ніж кількість, яка споживається людським населенням на цій планеті. Якщо людство змогло б зібрати одну десяту одного відсотка сонячної енергії, яка падає на Землю, то ми отримали б доступ до вшестеро більшої кількості енергії, ніж ми споживаємо в усіх формах сьогодні. При цьому майже не відбувалося б викиду парникових газів. Можливість зібрати цю енергію залежить від технології і того, наскільки високий відсоток випромінювання при цьому абсорбується.

Традиційна фотовольтаїка, яка є сьогодні найбільш поширеною формою, що використовується переважно у невеликих прикладних застосуваннях, застосовує силікон як напівпровідник та виготовляється як плоскі клітини або листи. Концентраторна фотовольтаїка (КФВ) є зазвичай в середньому ефективнішою, ніж неконцентрована; однак вона потребує більш прямого опромінення для відповідного фокусування світла.

Концентрована сонячна енергія (КСЕ) – це широкомасштабний підхід, що використовує дзеркала або лінзи для того, щоб сконцентрувати велику площу сонячного світла або сонячної термальної енергії на одну невелику ділянку площі. Електроенергія виробляється, коли сконцентроване світло конвертується в тепло, що приводить в рух тепловий двигун (наприклад, парову турбіну), який пов’язаний з генератором електричної енергії або чимось подібним. На відміну від фотовольтаїки, в якій сонячна енергія безпосередно конвертується в електрику, ця технологія конвертує її через тепло. Нещодавно почали широко використовувати різноманітні методи збереження енергії для того, щоб мати до неї доступ вночі.

Варіацією КСЕ є СТЕ, або сонячна термальна енергія. СТЕС Айвонпа (англ. «Ivanpah Solar Electric Generating System») у Каліфорнії (США) займає 3500 акрів землі, а її заявлений щорічний виробіток складає 1 079 232 МВт-год. У той час як СТЕС Айвонпа не використовує ніякої форми зберігання енергії, вона обслуговує близько 140 000 будинків в регіоні. Якщо зробити екстраполяцію, використовуючи СТЕС Айвонпа як базис, то, щоб теоретично задовольнити поточне всесвітнє споживання енергії, базуючись на такій виробничій потужності, нам знадобилося б 141 767 таких полів або 496 184 500 акрів. Це складає 1,43% від загальної площі Землі.

Знову ж таки, тут не йдеться про те, що такі речі є практичними. До того ж ми не збираємося ігнорувати різницю у рівнях випромінювання в різних частинах Землі. Проте пустелі, які апріорі сприятливіші для встановлення сонячних полів і набагато менш сприятливі для життя людей, становлять приблизно 1/3 частину всієї площі суші, або близько 12 мільярдів акрів. Якщо зіставити це з приблизно 500 мільйонами акрів, які теоретично потрібні для того, щоб «живити електроенергією весь світ», то, виходячи з нашої екстраполяції, потрібно було б лише 4,1% світової площі пустель.

Окрім того, інші проекти, схожі на СТЕС Айвонпа мають вбудовані системи зберігання енергії. Сонячна електростанція «Солана» (англ. «Solana») потужністю 280 МВт в Арізоні поєднує технологію параболічних дзеркал з технологією термального збереження енергії у вигляді розплавленої солі, що дозволяє продовжувати виробництво до шести годин після того, як небо остаточно потемніє.

Загалом, рівень прогресу у фотовольтаїці, геліотермальній енергетиці, методах зберігання та інших давніших, а також нових, технологіях продовжує стрімко зростати, показуючи, що багато застосувань, які ми сьогодні розглядаємо як високоефективні, стануть значною мірою неефективними через одне чи два десятиліття. Під час подальшого, детальнішого розгляду менш масштабних рішень щодо відновлювальних джерел енергії, ми опишемо локалізоване використання сонячної енергії при самому будівництві будівель та житла, що ймовірно є тим, де прихована справжня майбутня ефективність. Задача полягає у тому, щоби зробити цю технологію компактною та достатньо ефективною для локалізованого, індивідуального використання.

Втім, сонячні електростанції, так само як і геотермальні та вітрові електростанції, мають велетенський глобальний потенціал самі по собі, і немає жодних сумнівів, що при відповідних ресурсах та прояву уваги, лише самі ці сонячні поля могли б теоретично встановити інфраструктуру та рівень ефективності достатній для того, щоб живити енергією весь світ.

Comments