В Аризонской пустыне могут появиться «солнечные башни»

В пустыне Аризоны в скором времени может стартовать очень амбициозный и крупномасштабный проект в области энергетики. Проект реализуется австралийской компанией EnviroMission, которая в настоящее время решает вопрос с покупкой в пустыне земли и собирается приступить к инженерным работам по строительству своей первой полномасштабной солнечной башни. По замыслам австралийских разработчиков, новая башня будет просто огромной по размерам и станет одним из наиболее высоких зданий на планете. Высота башни составит около 800 м, диаметр в верхней части — 130 м, а ее производительность может достичь 200 МВт. Такой мощности будет достаточно для того, чтобы снабжать электричеством как минимум 150 тысяч американских домов. Согласно расчетам, проведенным специалистами, после ввода в эксплуатацию данная башня сможет проработать минимум 80 лет.

Выбор места строительства не случаен. Пустыня и солнце — это неразделимые понятия. Пустыни довольно давно притягивают словно магнитом любые серьезные компании, которые специализируются в области солнечной энергетики. По этой причине и пустыня в Аризоне не осталась без внимания со стороны известных «солнечных» специалистов. Именно в Аризоне специалисты EnviroMission готовятся воплотить в жизнь свою амбициозную идею по разработке мощной солнечной электростанции, которая уже известна как солнечная башня.

Идея, которая лежит в основе постройки такого сооружения, достаточно проста. Солнечные лучи освещают и нагревают определенный участок поверхности у подножия башни, данный участок покрыт специальным теплоизолирующим материалом. Сам он представляет собой подобие очень большой по размерам теплицы. Нагретый в этой «теплице» воздух стремится наверх, стекаясь к единственному в данном покрытии отверстию, расположенному в центре. Именно в этом месте в основании солнечной башни расположены турбины, которые и вырабатывают электрическую энергию за счет естественно восходящих потоков нагретого воздуха.

Данную систему довольно сложно воспринимать серьезно до того момента, пока не будут произведены все необходимые расчеты, связанные с разницей температур, и не будет многократно увеличен размер всего сооружения. Именно это и проделали австралийские разработчики. Если расположить подобную конструкцию в пустыне, где температура поверхности днем достигает 40 градусов и выше, а также прибавить к этому влияние созданного искусственным путем «парникового эффекта», то температура воздуха в таком резервуаре достигнет уже 80-90 градусов Цельсия. Поэтому остается лишь довести размеры теплицы-резервуара вокруг солнечной башни до радиуса в несколько сотен метров для того, чтобы получить достаточно большой объем горячего воздуха.

Нелишним было бы увеличение высоты солнечной башни до высоты в несколько сотен метров (при этом каждые 100 метров отдаления от поверхности пустыни означают снижение температуры окружающего воздуха на 1 градус Цельсия). Чем больше будет разность температур, тем сильнее солнечная башня будет «втягивать» в себя горячий воздух со дна хранилища и тем большее количество энергии смогут произвести ее турбины.

Преимущества данных источников энергии лежат на поверхности:

• Так как солнечная башня работает за счет перепада температур, а не абсолютной температуры, то она сможет продолжать свою работать в любую погоду.
• Так как за день почва успевает достаточно сильно нагреться, остаточного тепла ей хватит для того, чтобы продолжить работу в ночное время.
• Так как для строительства башни лучше всего подходит участок раскаленной сухой почвы, то и строить такую электростанцию можно на более-менее бесполезной территории прямо посреди пустыни.
• Солнечная башня практически не будет требовать технического обслуживания, за исключением осуществления редкого осмотра и/или небольшого ремонта турбин. Башня «просто работает» с начала ее постройки и до того момента, пока существуют входящие в состав башни конструкции.
• Такой электростанции не нужно сырье для работы — ни уран, ни уголь, ничего, кроме солнечного света и воздуха, чего с избытком в любой пустыне.
• Солнечная башня — абсолютно безотходное производство, она не выбрасывает в атмосферу Земли никаких загрязняющих веществ, помимо теплого воздуха; более того, определенные участки «теплицы» можно даже использовать по прямому назначению для выращивания в них разнообразных растений.

Стоит отметить, что данная технология достаточно известна, люди работали над такими проектами на протяжении более века. Так, в 1980 году испанские инженеры возвели испытательную башню высотой в 256 метров, нагреваемый воздух в которой двигался через турбины наверх. Данная башня генерировала электроэнергию на протяжении 7 лет, после чего была разрушена в результате шторма. В этом плане гораздо жестче стоит вопрос не возможности реализации, а больших расходов на проект. Для производства существенных объемов электроэнергии необходим объект огромных размеров, а очень большие конструкции требуют очень больших капиталовложений.

Стоимость строительства, по оценкам австралийских разработчиков, составляет приблизительно 750 млн. долларов. А энергоэффективность данной электростанции ожидается на уровне 60%, что делает такой объект намного надежнее и эффективнее многих других возобновляемых источников энергии. К тому же известно, куда именно будет направлена произведенная такой электростанцией энергия. Не так давно компания EnviroMission подписала с Государственным энергетическим управлением Южной Калифорнии соглашение о сотрудничестве (предварительные закупки электрической энергии на срок в 30 лет). Исходя из проведенных результатов финансового моделирования, строительство подобной башни окупилось бы всего за 11 лет, а ее конструкция рассчитана на срок службы в 80 лет. Если все пойдет, как задумано, «солнечная башня» сможет начать передачу электричества в дома американцев уже в начале 2015 года.

Альтернативный проект

Но у солнечной башни уже сейчас есть конкуренты. Речь идет об электростанции еще большей мощности — до 1,5 ГВт. Информация о ней появилась в Рунете в мае 2014 года. Сообщается, что компания Clean Wind Energy уже арендовала участок земли под постройку своего детища. При этом речь также идет о башне, которая работала бы за счет создания искусственного ветра для генерации электричества. В различных источниках указывается различная высота конструкции, которая колеблется в диапазоне от 675 до 900 метров (что на 400 метров выше известного небоскреба Эмпайр Стейтс Билдинг).

В основании огромной солнечной башни будет размещено сразу 120 очень больших турбин, а также высокопроизводительные насосы, предназначенные для перегона более 11 миллиардов литров циркулирующей воды. После сдачи в эксплуатацию солнечная башня в пустыне будет иметь огромную выходную мощность, которую можно сопоставить с энергией высокопроизводительной ГЭС или ветровых турбин, которые установлены на площади 40 тысяч га.

Принцип работы подобной энергетической башни в 60-е годы ХХ века выдвинул Филипп Карлсон. Однако в те годы просто не нашлось средств, которые могли бы быть выделены на реализацию подобного проекта. Согласно имеющимся данным, стоимость строительства такой электростанции в пустыне Аризоны составляет более 1,5 млрд. долларов. При этом строительство подобной башни может вывести американскую ветряную энергетику на принципиально новый уровень, а производимая башней энергия будет самой чистой в мире и позволит компании делать огромные деньги на ее производстве.

Основная идея, в отличие от проекта компании EnviroMission, предполагает движение воздуха не снизу вверх, а сверху вниз. Идея заключается в том, чтобы в верхней части башни распылять воду, в результате чего горячий воздух будет охлаждаться и устремляться к земле. К тому моменту, как он окажется у подножия башни, его скорость должна достичь отметки в 90 км/ч, что является идеальными условиями для работы турбин. У такой башни есть свои преимущества по сравнению со стандартной ветровой и солнечной энергией. Установка сможет без проблем работать и днем, и ночью, к тому же для ее работы не требуется непрерывного ветра и солнечного света, с нее даже нет надобности смахивать пыль, как с установленных в пустыне солнечных батарей, для того чтобы содержать ее в рабочем состоянии. Башня будет продолжать вырабатывать электроэнергию до тех пор, пока воздух будет оставаться теплым, что весьма вероятно для жаркой пустыни. Само производство электроэнергии будет работать от производства своей энергии: около 11% электроэнергии будет тратиться на то, чтобы закачать воду на самый верх башни, при этом около ¾ воды будет собираться в нижней ее части.

Конкуренты в виде АЭС

У солнечных башен есть вполне реальный и сильный конкурент в виде «старых добрых» атомных электростанций. После перерыва в 30 лет американское правительство приняло решение о возобновлении их строительства. Администрация президента США выделяет 6,5 млрд. долларов на постройку новой АЭС. Сообщается, что новая АЭС должна появиться в штате Джорджия, где в настоящее время уже функционирует АЭС Vogtle.

В 2010 году американские власти и представители энергетической компании Southern подписали соглашение о строительстве новых блоков данной АЭС.

Последний, 4-й, энергоблок был сдан заказчику осенью 2013 года. Теперь же речь идет о постройке новой АЭС с нуля. Сумма, выделяемая на ее строительство, будет разделена между энергокомпанией Southern Georgia Power, корпорацией Oglethorpe Power и муниципальными властями Джорджии. Сообщается, что первый транш по данному проекту компании Oglethorpe и Georgia Power получили еще 19 февраля 2014 года.